JP2008021609A - Direct methanol fuel cell and catalyst - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特定の炭化タングステンを含有する触媒を用いた固体高分子形燃料電池の一種である直接型メタノール燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)に関する。
本発明はまた、このDMFCに用いられる触媒と電極材料に関する。
The present invention relates to a direct methanol fuel cell (DMFC) which is a kind of a polymer electrolyte fuel cell using a catalyst containing a specific tungsten carbide.
The present invention also relates to a catalyst and electrode material used in the DMFC.
燃料電池には電解質の種類によって多種類が有り、例えばアルカリ水溶液型、リン酸水溶液型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型及び固体高分子型がある。それらのうち、パーフルオロカーボンスルフォン酸系の電解質を用いて、アノード極で水素ガスを還元し、カソード極で酸素を還元して発電する固体高分子型燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)は出力密度が高く、排気ガスがクリーンなため、エネルギーのより一層の効率化と環境問題の解決のために、自動車の動力源として開発が進められている。 There are many types of fuel cells depending on the type of electrolyte, for example, alkaline aqueous solution type, phosphoric acid aqueous solution type, molten carbonate type, solid oxide type and solid polymer type. Among them, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) that generates power by reducing hydrogen gas at the anode electrode and reducing oxygen at the cathode electrode using a perfluorocarbon sulfonic acid electrolyte is output. Due to its high density and clean exhaust gas, it is being developed as a power source for automobiles in order to further improve energy efficiency and solve environmental problems.
しかし、PEFCは、燃料としての水素ガスの容積エネルギー密度が低く、燃料タンクの体積が過大となり、また、燃料ガス及び酸化ガスを発電装置に供給するための装置、及び電池性能を安定化するための加湿装置等の補器が必要となることから、発電装置が大型になるために、携帯機器用電源としては適さない。 However, PEFC has a low volumetric energy density of hydrogen gas as a fuel, the volume of the fuel tank becomes excessive, and a device for supplying fuel gas and oxidizing gas to a power generator and a battery performance are stabilized. Since an auxiliary device such as a humidifier is required, the power generation device becomes large, so that it is not suitable as a power source for portable equipment.
そこで、燃料としてメタノールを直接供給し、メタノール燃料を電池内部で直接改質する形のPEFCの一種である直接型メタノール燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)の開発も進められている。この燃料電池は小型化が容易であるため、将来のモバイル電子機器用電源、及び自動車用の軽量な動力源として有力視されている。 Accordingly, development of a direct methanol fuel cell (DMFC), which is a type of PEFC in which methanol is directly supplied as a fuel and the methanol fuel is directly reformed inside the cell, is also under development. Since this fuel cell can be easily miniaturized, it is regarded as a promising power source for future mobile electronic devices and a light power source for automobiles.
DMFCでは、アノード極においてメタノールと水が反応し、二酸化炭素とプロトンと電子が発生する(下記反応(1))。一方、カソード極において、酸素とプロトンと電子が反応して水が生成する(下記反応(2))。
アノード極:CH3OH+H2O→CO2+6H++6e− (1)
カソード極:3/2O2+6H++6e−→3H2O (2)
In DMFC, methanol and water react at the anode electrode to generate carbon dioxide, protons, and electrons (reaction (1) below). On the other hand, at the cathode electrode, oxygen, protons and electrons react to produce water (reaction (2) below).
Anode electrode: CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − (1)
Cathode electrode: 3/2 O 2 + 6H + + 6e − → 3H 2 O (2)
これらの反応は電極に担持された触媒の助けを借りて進行する。この反応の理論電圧は1.18Vであるが、実際の電池においては様々な理由からこの値より低い電圧となる。 These reactions proceed with the help of a catalyst supported on the electrode. The theoretical voltage of this reaction is 1.18 V, but in an actual battery, the voltage is lower than this value for various reasons.
従来、DMFCのアノード極の触媒としては一般に白金が用いられている。白金触媒による、アノード極におけるメタノールと水との反応の触媒作用の反応機構は、次のような化学反応によって示される(下記反応(3),(4))。
CH3OH+Pt → Pt−CO+4H++4e− (3)
Pt−CO+H2O → Pt+CO2+2H++2e− (4)
Conventionally, platinum is generally used as a catalyst for the anode of DMFC. The reaction mechanism of the catalytic action of the reaction between methanol and water at the anode electrode by the platinum catalyst is shown by the following chemical reaction (the following reactions (3) and (4)).
CH 3 OH + Pt → Pt—CO + 4H + + 4e − (3)
Pt—CO + H 2 O → Pt + CO 2 + 2H + + 2e − (4)
上述のような反応により、白金触媒は、経時により、その表面が反応中に発生するメタノール由来のCOにより被毒され、これにより反応面積が減少するために電池の性能が低下するという問題が生じる。 As a result of the reaction as described above, the platinum catalyst is poisoned over time by the methanol-derived CO generated during the reaction, resulting in a problem that the battery performance deteriorates because the reaction area decreases. .
従来、白金触媒がCOで被毒されるのを防ぐために、白金の表面構造を改良したり、異なる金属(Ru、Ni、Fe、Co、Sn、Ti、Moなど)を加える方法が提案されている。しかし、Ni、Fe、Co、Sn、Ti、Moは溶解しやすく、またRuは資源量として少ないため、モバイル電子機器用電源の量産化、或いは自動車用等の大容量動力源として実用化するには問題となる。 Conventionally, in order to prevent the platinum catalyst from being poisoned by CO, methods for improving the surface structure of platinum or adding different metals (Ru, Ni, Fe, Co, Sn, Ti, Mo, etc.) have been proposed. Yes. However, Ni, Fe, Co, Sn, Ti, and Mo are easy to dissolve, and since Ru is small in the amount of resources, mass production of power sources for mobile electronic devices, or practical application as large-capacity power sources for automobiles, etc. Is a problem.
非特許文献1には、メタノールのアノード触媒としてPtを炭化タングステン上に担持することにより活性が向上すること、及び、耐CO被毒性が向上することが開示されている。該文献では炭化タングステンはW2Cが主成分で、他にWC(hcp)とWC1−x(fcc)が含まれていると開示されている。ここではW2Cの効果が主に検討されているが、WCの効果については記載されておらず、さらにWCの調製方法を変えることによるメタノールに対するアノード触媒活性への影響や、耐CO被毒性に対する効果については、なんらの開示も示唆もされていない。さらに、非特許文献1における炭化タングステンは、resorcinol-formaldehyde polymerとammonium metatungstate saltから合成されており、ホウ化タングステン、窒化タングステン、硫化タングステン、リン化タングステン及びケイ化タングステンからなる群から選ばれる化合物から合成する本願発明に係る炭化タングステンとは明らかに異なっている。
本発明は、メタノール水溶液を燃料とするDMFCにおいて、アノード触媒の活性を高めると共に、CO被毒を抑制し、低温で効率良く発電させることができ、しかも安価に実用化することが可能なDMFC用触媒、DMFC用電極材料及びDMFCを提供することを目的とする。 The present invention relates to a DMFC that uses an aqueous methanol solution as a fuel. The DMFC can increase the activity of an anode catalyst, suppress CO poisoning, generate power efficiently at low temperatures, and can be practically used at low cost. An object is to provide a catalyst, an electrode material for DMFC, and DMFC.
本発明者等は、上記状況に鑑み鋭意検討した結果、特定のタングステン化合物から転化して得られた炭化タングステン粒子が、特定な結晶形態を有し、これを白金等の貴金属触媒と併用することで、メタノール水溶液を燃料とするDMFC用の安価で実用性の高い電極触媒となることを見出した。
本発明はこのような知見をもとに完成されたものであり、以下を要旨とする。
As a result of intensive studies in view of the above situation, the present inventors have found that tungsten carbide particles obtained by conversion from a specific tungsten compound have a specific crystal form, and use this together with a noble metal catalyst such as platinum. Thus, it has been found that it becomes an inexpensive and highly practical electrode catalyst for DMFC using methanol aqueous solution as fuel.
The present invention has been completed on the basis of such knowledge, and the gist thereof is as follows.
[1] メタノール水溶液を燃料とする直接型メタノール燃料電池において、
ホウ化タングステン、窒化タングステン、硫化タングステン、リン化タングステン及びケイ化タングステンからなる群から選ばれる化合物から転化させて得られた炭化タングステンを触媒成分として含有する触媒を用いることを特徴とする直接型メタノール燃料電池。
[1] In a direct methanol fuel cell using a methanol aqueous solution as a fuel,
A direct methanol characterized by using a catalyst containing as a catalyst component tungsten carbide obtained by conversion from a compound selected from the group consisting of tungsten boride, tungsten nitride, tungsten sulfide, tungsten phosphide and tungsten silicide. Fuel cell.
[2] [1]において、該触媒が、触媒成分として更に白金を含有することを特徴とする直接型メタノール燃料電池。 [2] The direct methanol fuel cell according to [1], wherein the catalyst further contains platinum as a catalyst component.
[3] [1]又は[2]において、該触媒が、触媒成分として更に周期律表第VIII族元素と白金との合金を含有することを特徴とする直接型メタノール燃料電池。 [3] The direct methanol fuel cell according to [1] or [2], wherein the catalyst further contains an alloy of a Group VIII element of the periodic table and platinum as a catalyst component.
[4] [1]〜[3]のいずれかにおいて、該触媒成分が炭素系基体に被着されていることを特徴とする直接型メタノール燃料電池。 [4] A direct methanol fuel cell according to any one of [1] to [3], wherein the catalyst component is attached to a carbon-based substrate.
[5] メタノール水溶液を燃料とする直接型メタノール燃料電池に用いられる触媒において、
ホウ化タングステン、窒化タングステン、硫化タングステン、リン化タングステン及びケイ化タングステンからなる群から選ばれる化合物から転化させて得られた炭化タングステンを触媒成分として含有することを特徴とする直接型メタノール燃料電池用触媒。
[5] In a catalyst used in a direct methanol fuel cell using a methanol aqueous solution as a fuel,
For direct methanol fuel cell, characterized by containing as a catalyst component tungsten carbide obtained by conversion from a compound selected from the group consisting of tungsten boride, tungsten nitride, tungsten sulfide, tungsten phosphide and tungsten silicide. catalyst.
[6] [5]に記載の直接型メタノール燃料電池用触媒を含む触媒層をイオン交換膜上に形成してなることを特徴とする直接型メタノール燃料電池用電極材料。 [6] An electrode material for a direct methanol fuel cell, wherein a catalyst layer containing the catalyst for a direct methanol fuel cell according to [5] is formed on an ion exchange membrane.
[7] [5]に記載の直接型メタノール燃料電池用触媒を含む触媒層をアノード燃料拡散層上又はカソードガス拡散層上に形成してなることを特徴とする直接型メタノール燃料電池用電極材料。 [7] An electrode material for a direct methanol fuel cell comprising a catalyst layer containing the catalyst for a direct methanol fuel cell according to [5] on an anode fuel diffusion layer or a cathode gas diffusion layer .
[8] [5]に記載の直接型メタノール燃料電池用触媒を含む触媒層を転写用フィルム上に形成してなることを特徴とする直接型メタノール燃料電池用電極材料。 [8] An electrode material for a direct methanol fuel cell, wherein a catalyst layer containing the catalyst for a direct methanol fuel cell according to [5] is formed on a transfer film.
本発明によれば、特定のタングステン化合物から転化して得られた炭化タングステン粒子を、白金等の貴金属DMFC用触媒と併用することで、安定かつ良好な触媒作用を示し、安価で実用的なDMFC用触媒と、このDMFC用触媒を用いたDMFC用電極材料及びDMFCが提供される。 According to the present invention, the tungsten carbide particles obtained by conversion from a specific tungsten compound are used in combination with a catalyst for a noble metal DMFC such as platinum, thereby exhibiting a stable and good catalytic action, and an inexpensive and practical DMFC. The catalyst for DMFC, the electrode material for DMFC using this catalyst for DMFC, and DMFC are provided.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
[DMFC用触媒]
本発明のDMFCは、ホウ化タングステン、窒化タングステン、硫化タングステン、リン化タングステン及びケイ化タングステンからなる群から選ばれる化合物(以下「前駆化合物」と称す場合がある。)から転化させて得られた炭化タングステンを含有する触媒を用いることを特徴とする。
[DMFC catalyst]
The DMFC of the present invention was obtained by conversion from a compound selected from the group consisting of tungsten boride, tungsten nitride, tungsten sulfide, tungsten phosphide and tungsten silicide (hereinafter sometimes referred to as “precursor compound”). It is characterized by using a catalyst containing tungsten carbide.
上記特定の前駆化合物を経由して製造した炭化タングステンが、好ましくはメタノール水溶液の酸化反応(前記反応(1))に活性を示す遷移金属と併用することにより、高い触媒活性を示す作用機構の詳細は明らかではないが、次のように推定される。 Details of the mechanism of action in which tungsten carbide produced via the above-mentioned specific precursor compound exhibits high catalytic activity when used in combination with a transition metal exhibiting activity in the oxidation reaction of the aqueous methanol solution (the reaction (1)). Is not clear, but is estimated as follows.
広く知られているPtRu合金触媒をDMFCのアノード触媒として用いた場合、非特許文献2〜4によれば、メタノールは標準水素電極に対して0.1V程度の低電位域でもPtサイトに解離吸着し、COまでの脱水素速度が速やかに進行する(下記反応(3))。
CH3OH+Pt → Pt−CO+4H++4e− (3)
When a widely known PtRu alloy catalyst is used as an anode catalyst for DMFC, according to Non-Patent Documents 2 to 4, methanol is dissociatively adsorbed on the Pt site even in a low potential range of about 0.1 V with respect to a standard hydrogen electrode. Then, the dehydrogenation rate to CO proceeds rapidly (the following reaction (3)).
CH 3 OH + Pt → Pt—CO + 4H + + 4e − (3)
また、Ruサイトでは約0.4Vで吸着水が放電してRu−OHのような活性種が生成し(下記反応(3A)、(3B))、これが隣接PtサイトのCOを酸化すると考えられている。これら一連の反応(3),(3A),(3B),(3C)が速やかに進行することで、PtRu合金は、Ptよりもメタノール水溶液の酸化反応(前記反応(1))に対して高い触媒活性を示すと考察される。
H2O+Ru → Ru−OH2 (3A)
Ru−OH2 → Ru−OH+H++e− (3B)
Pt−CO+Ru−OH → Pt+Ru+CO2+H++e− (3C)
Moreover, at the Ru site, the adsorbed water is discharged at about 0.4 V, and active species such as Ru-OH are generated (reactions (3A) and (3B) below), which are thought to oxidize CO at the adjacent Pt site. ing. The series of reactions (3), (3A), (3B), and (3C) proceed rapidly, so that the PtRu alloy is higher than the PtRu to the oxidation reaction of the aqueous methanol solution (the reaction (1)). It is considered to show catalytic activity.
H 2 O + Ru → Ru—OH 2 (3A)
Ru—OH 2 → Ru—OH + H + + e − (3B)
Pt—CO + Ru—OH → Pt + Ru + CO 2 + H + + e − (3C)
他方、非特許文献5によればWCはCOとの結合は弱く、約−3℃以上の温度ではCOはWCに吸着しないことが報告されている。
従って、WCにPtを担持してDMFCの負極触媒として用いた場合、COがWCに吸着することは非特許文献5の知見から考えらず、WCがPtRu合金触媒のRuのような働きをすると推定される(下記反応(5A)〜(5C))。
H2O+WC → WC−OH2 (5A)
WC−OH2 → WC−OH+H++e− (5B)
Pt−CO+WC−OH → Pt+WC+CO2+H++e− (5C)
On the other hand, Non-Patent Document 5 reports that WC is weakly bound to CO, and that CO does not adsorb to WC at temperatures of about −3 ° C. or higher.
Therefore, when Pt is supported on WC and used as a negative electrode catalyst of DMFC, it is not considered from the knowledge of Non-Patent Document 5 that CO is adsorbed on WC, and WC acts like Ru of a PtRu alloy catalyst. It is estimated (the following reactions (5A) to (5C)).
H 2 O + WC → WC- OH 2 (5A)
WC-OH 2 → WC-OH + H + + e − (5B)
Pt—CO + WC—OH → Pt + WC + CO 2 + H + + e − (5C)
前述した特定の前駆化合物を経由して生成したWCは、実施例の項で後述するように、WO3から直接製造したWCの半値幅より大きくなる。半値幅が大きいことは、WCの微結晶が小さいことを示す。WCとPtは合金を形成しないが、本発明に係るWCは微結晶が小さいことにより、Ptと合金を形成するRuのような働きがより容易に達成され、上記反応(5A)〜(5C)がより一層速やかに進行し、この結果、高い触媒活性が得られるものと推定される。
<炭化タングステン>
炭化タングステンとは、タングステン(W)原子と炭素(C)原子が、結合を持って化合物として存在する形態を有するものであり、例えば、WC、WC1−x(0<x<1)、W2C等が挙げられる。
<Tungsten carbide>
Tungsten carbide has a form in which a tungsten (W) atom and a carbon (C) atom exist as a compound having a bond. For example, WC, WC 1-x (0 <x <1), W 2 C and the like.
この炭化タングステンの形態はX線回折(XRD)で確認することができる。即ち、炭化タングステンに対してX線(Cu−Kα線)を照射し、回折スペクトルを観察することによって、炭化タングステンに特徴的なピークを与えることで確認することができる。 The form of this tungsten carbide can be confirmed by X-ray diffraction (XRD). That is, it can be confirmed by giving a characteristic peak to tungsten carbide by irradiating tungsten carbide with X-rays (Cu- Kα rays) and observing a diffraction spectrum.
その測定装置及び測定条件としては、例えば以下のものが挙げられるが、本発明における炭化タングステンのXRD分析手法は、何ら以下の測定装置及び測定条件に限定されるものではない。 Examples of the measurement apparatus and measurement conditions include the following, but the XRD analysis technique for tungsten carbide in the present invention is not limited to the following measurement apparatus and measurement conditions.
(粉末XRD分析)
測定装置
粉末X線解析装置/PANalytical PW1700
測定条件
X線出力(Cu−Kα):40kV,30mA
走査軸:θ/2θ
測定範囲(2θ):3.0°〜70.0°
測定モード:Continuous
読込幅:0.05°
走査速度:3.0°/min
DS,SS,RS:1°,1°,0.20mm
ゴンオメーター半径:173mm
(Powder XRD analysis)
Measuring device X-ray powder analysis device / PANallytical PW1700
Measurement conditions X-ray output (Cu-Kα): 40 kV, 30 mA
Scanning axis: θ / 2θ
Measurement range (2θ): 3.0 ° to 70.0 °
Measurement mode: Continuous
Reading width: 0.05 °
Scanning speed: 3.0 ° / min
DS, SS, RS: 1 °, 1 °, 0.20mm
Gonometer radius: 173mm
具体的には、WCは、X線回折の2θ(±0.3゜)のピークとして、31.513゜、35.639゜、48.300゜、64.016゜、65.790゜等の特徴的ピークを与えるものである。WC1−xは、X線回折の2θ(±0.3゜)のピークとして、36.977゜、42.887゜、62.027゜、74.198゜、78.227゜等の特徴的ピークを与えるものである。また、W2Cは、X線回折の2θ(±0.3゜)のピークとして、34.535゜、38.066゜、39.592゜、52.332゜、61.879゜等の特徴的ピークを与えるものである。 Specifically, WC is a peak of 2θ (± 0.3 °) of X-ray diffraction, such as 31.513 °, 35.639 °, 48.300 °, 64.016 °, 65.790 °, etc. A characteristic peak is given. WC 1-x is a characteristic peak of 36.977 °, 42.887 °, 62.027 °, 74.198 °, 78.227 °, etc. as a 2θ (± 0.3 °) peak of X-ray diffraction. It gives a peak. In addition, W 2 C is a peak of 2θ (± 0.3 °) of X-ray diffraction such as 34.535 °, 38.066 °, 39.592 °, 52.332 °, 61.879 °, etc. Giving a positive peak.
炭化タングステンの形状としては特に制限はないが、最も一般的なのは粒子状である。粒子状の炭化タングステンは、その平均粒径の上限が通常100μm以下、好ましくは1000nm以下、より好ましくは500nm以下、中でも300nm以下で、下限が通常0.5nm以上、好ましくは1.0nm以上、より好ましくは2.0nm以上であることが望ましい。炭化タングステンの粒径がこの下限を下回ると不安定となって、失活しやすくなり、上限を超えると高い活性を得にくくなる。 Although there is no restriction | limiting in particular as a shape of tungsten carbide, The most common is a particulate form. In the particulate tungsten carbide, the upper limit of the average particle diameter is usually 100 μm or less, preferably 1000 nm or less, more preferably 500 nm or less, especially 300 nm or less, and the lower limit is usually 0.5 nm or more, preferably 1.0 nm or more. Preferably it is 2.0 nm or more. If the particle size of tungsten carbide is less than this lower limit, it becomes unstable and tends to be deactivated, and if it exceeds the upper limit, it becomes difficult to obtain high activity.
なお、炭化タングステンの平均粒径は、走査型電子顕微鏡(SEM)或いは透過型電子顕微鏡(TEM)による測定により、粒径の大きさを測定する方向を統一して、その方向での大きさを測定し、これを平均した値で示される。 The average particle size of tungsten carbide is determined by unifying the direction in which the particle size is measured by measuring with a scanning electron microscope (SEM) or transmission electron microscope (TEM). Measured and averaged.
この走査型電子顕微鏡法(SEM)による測定では、サンプル表面に電子線をスキャンし、発生する2次電子を検出することによって、サンプル表面を可視化させる。この手法を利用して炭化タングステンの粒径を測定することができる。その測定装置及び測定方法としては、例えば以下のものが挙げられるが、本発明における炭化タングステンの粒径のSEMを用いた測定手法は、何ら以下の測定装置及び測定方法に限定されるものではない。 In the measurement by scanning electron microscopy (SEM), the sample surface is visualized by scanning the surface of the sample with an electron beam and detecting secondary electrons generated. Using this technique, the particle size of tungsten carbide can be measured. Examples of the measuring apparatus and measuring method include the following, but the measuring method using the SEM of the tungsten carbide particle size in the present invention is not limited to the following measuring apparatus and measuring method. .
(SEMによる測定)
測定装置
日立製作所製「S−4100」を使用し、電子線の加速電圧を15kVに制御して観測を実施する。
測定方法
カーボン蒸着したSiウエハー上に、粉体試料を適量ばらまき、メタノールを滴下して乾燥させる。具体的には分散状態は100倍から1000倍で観察した写真調査し、粒径は1万及び10万倍以上の従来の写真から調査する。
(Measurement by SEM)
Measurement device “S-4100” manufactured by Hitachi, Ltd. is used, and the acceleration voltage of the electron beam is controlled to 15 kV for observation.
Measuring method An appropriate amount of a powder sample is dispersed on a carbon-deposited Si wafer, and methanol is dropped to dry. Specifically, a photograph is observed from a dispersion state of 100 to 1000 times, and a particle diameter is examined from conventional photographs of 10,000 and 100,000 times or more.
本発明に係る炭化タングステンは触媒の製造方法の項目で後述するように、特定のタングステン化合物から転化して合成される。これによりDMFC用触媒としての高い活性を発現させることができる。 The tungsten carbide according to the present invention is synthesized by conversion from a specific tungsten compound, as will be described later in the section of the catalyst production method. Thereby, high activity as a catalyst for DMFC can be expressed.
<基体>
本発明のDMFC用触媒において、基体は必ずしも必須ではないが、炭化タングステンが基体に被着して用いることが、活性維持の点で好ましく、中でも、炭素系基体を用いることが、高い導電性が得られる点で好適である。
<Substrate>
In the DMFC catalyst of the present invention, the substrate is not necessarily essential, but it is preferable that tungsten carbide is applied to the substrate in terms of maintaining the activity, and among them, the use of a carbon-based substrate is highly conductive. It is suitable at the point obtained.
炭素系基体としては種々のものが使用でき、特に制限はないが、例えば、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、カーボンナノクラスター、フラーレン、熱分解炭素、活性炭素等であり、これらは単独であるいは2種以上を組み合わせて使用することができる。 Various carbon-based substrates can be used, and are not particularly limited. For example, carbon black, carbon nanotube, carbon nanohorn, carbon nanocluster, fullerene, pyrolytic carbon, activated carbon, etc. Two or more kinds can be used in combination.
これらの中でも、導電性、入手容易性、価格、の点で総合的に、カーボンブラックが工業的に有利であり、具体的にはカーボンブラックとしては、チャンネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、ガスファーネスブラック、等が挙げられる。 Among these, carbon black is industrially advantageous in terms of conductivity, availability, and price. Specifically, carbon black includes channel black, furnace black, thermal black, and acetylene black. Oil furnace black, gas furnace black, and the like.
基体の形態についても特に制限はないが、最も一般的に用いられるのは、粉体状のものである。 The form of the substrate is not particularly limited, but the most commonly used is a powder form.
カーボン粉末等の粉体の基体の場合、その比表面積(BET)は、通常数十m2/g以上、好ましくは200m2/g以上、更に好ましくは500m2/g以上で、通常5000m2/g以下、好ましくは数千m2/g以下である(なお、本発明において、「数千」、「数十」等の「数」は「2〜4」程度をさす。)。この比表面積が小さ過ぎると炭化タングステンの被着有効面積が少なくなることにより、反応場が少なくなって触媒活性が十分に得られなくなる。比表面積が過度に大きいものは高価となり、炭化タングステンを用いることにより安価なDMFC用触媒を提供するという本発明の目的が損なわれる。 When the powder of the substrate, such as carbon powder, the specific surface area (BET) is usually several tens of m 2 / g or more, preferably 200 meters 2 / g or more, more preferably 500 meters 2 / g or more and usually 5000 m 2 / g or less, preferably several thousand m 2 / g or less (in the present invention, “number” such as “thousand” or “tens” refers to about “2 to 4”). If the specific surface area is too small, the effective area for depositing tungsten carbide is reduced, and the reaction field is reduced, so that sufficient catalytic activity cannot be obtained. An excessively large specific surface area is expensive, and the object of the present invention to provide an inexpensive DMFC catalyst is impaired by using tungsten carbide.
<基体への炭化タングステンの被着>
本発明において、基体上に炭化タングステンが被着されている状態とは、炭化タングステンと基体との間の導電性がとれるように両者が接触している状態を指す。従って、炭化タングステンと基体とを単に混合するのみでも炭化タングステンを基体に被着させることができるが、また、更に、この混合物を焼成しても良い。なお、以下において、基体に混合後焼成して被着させた状態を特に「担持」と称す。
<Adhesion of tungsten carbide to the substrate>
In the present invention, the state in which tungsten carbide is deposited on the substrate refers to a state in which both are in contact with each other so as to obtain electrical conductivity between the tungsten carbide and the substrate. Therefore, tungsten carbide can be deposited on the substrate by simply mixing the tungsten carbide and the substrate, but this mixture may be fired. In the following, the state in which the substrate is mixed and then fired and deposited is referred to as “support”.
被着の方法としては、担持法、混合法、含浸法、沈殿法、吸着法等の公知の手法を採用することができるが、炭化タングステンの前駆化合物或いは原料化合物を基体と混合した後に炭化タングステンを生成させるための転化反応を行う場合は、通常、炭化タングステンを生成させた後に、焼成処理を施すのが良い。 As a deposition method, a known method such as a supporting method, a mixing method, an impregnation method, a precipitation method, an adsorption method or the like can be adopted, but the tungsten carbide precursor compound or raw material compound is mixed with the substrate and then tungsten carbide. In the case of performing a conversion reaction for producing, it is usually preferable to perform a baking treatment after producing tungsten carbide.
炭化タングステンの基体への被着比率としては、限定されるものではないが、炭化タングステン/(炭化タングステン+基体)の重量比で、下限として通常0.001以上、好ましくは0.01以上、中でも0.05以上で、上限として通常0.95以下、好ましくは0.4以下、中でも0.3以下であることが望ましい。炭化タングステンの被着比率がこの下限を下回ると所望の活性が得られず、上限を超えると被着による活性の向上効果が出にくくなる。 The deposition ratio of tungsten carbide to the substrate is not limited, but the lower limit is usually 0.001 or more, preferably 0.01 or more, and the weight ratio of tungsten carbide / (tungsten carbide + substrate). It is 0.05 or more, and the upper limit is usually 0.95 or less, preferably 0.4 or less, and particularly preferably 0.3 or less. If the deposition ratio of tungsten carbide is below this lower limit, the desired activity cannot be obtained, and if it exceeds the upper limit, the effect of improving the activity due to deposition is less likely to occur.
<その他の触媒成分等>
本発明においては、触媒成分として本発明に係る炭化タングステンとともに好ましくは遷移金属を併用する。また更に、炭化タングステン以外の遷移金属化合物から選ばれる触媒成分(以下「他の触媒成分」と称す場合がある。)を併用することもできる。なお、炭化タングステン以外の遷移金属化合物は、炭化タングステン以外のタングステン化合物であっても良い。
<Other catalyst components>
In the present invention, a transition metal is preferably used in combination with the tungsten carbide according to the present invention as a catalyst component. Furthermore, a catalyst component selected from transition metal compounds other than tungsten carbide (hereinafter sometimes referred to as “other catalyst component”) may be used in combination. The transition metal compound other than tungsten carbide may be a tungsten compound other than tungsten carbide.
併用する遷移金属としては白金(Pt)が高活性発現の観点から最も好ましい。更に白金と周期律表第VIII族元素(以下単に「VIII族元素」と称す場合がある。)との合金を併用することも可能である。ここでVIII族元素とはFe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、及びIrからなる群から選ばれる1種又は2種以上である。具体的な合金として、PtRu,Pt54Ru46,Pt53Ni47等が挙げられる。この中ではPtとRuとの合金が高活性である点で好ましい。 As a transition metal used in combination, platinum (Pt) is most preferable from the viewpoint of high activity expression. Further, an alloy of platinum and a group VIII element of the periodic table (hereinafter sometimes simply referred to as “group VIII element”) may be used in combination. Here, the group VIII element is one or more selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, and Ir. Specific alloys include PtRu, Pt 54 Ru 46 , Pt 53 Ni 47, and the like. Among these, an alloy of Pt and Ru is preferable because of its high activity.
炭化タングステン以外の遷移金属化合物としては、酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物等があるが、好ましいのは酸化物及び炭化物である。 Examples of transition metal compounds other than tungsten carbide include oxides, carbides, nitrides, borides, etc., with oxides and carbides being preferred.
炭化タングステン以外のタングステン化合物としては、WO3、WO2、WN、W2N、WB、W1−yMoyC1−z、Ni2W4C、Co3W3C、WP、WP2等のタングステン化合物が挙げられ、WO3及びWO2が好ましく、WO3が更に好ましい。なお、W1−yMoyC1−zにおいて、yは0<y≦0.5の範囲、zは0≦z≦0.3の範囲のものが好適に使用される。 Examples of tungsten compounds other than tungsten carbide include WO 3 , WO 2 , WN, W 2 N, WB, W 1-y Mo y C 1-z , Ni 2 W 4 C, Co 3 W 3 C, WP, WP 2. And tungsten compounds such as WO 3 and WO 2 are preferable, and WO 3 is more preferable. In W 1-y Mo y C 1-z , y is preferably in the range of 0 <y ≦ 0.5, and z is in the range of 0 ≦ z ≦ 0.3.
これらの白金と、白金とVIII族元素との合金(以下「Pt合金」と称す。)、及び他の触媒成分はいずれか1種のみを用いても良く、2種以上を併用しても良い。またそれぞれについて1種類を用いても良く、2種以上を用いても良い。
以下、Pt、Pt合金、他の触媒成分といった、本発明に係る触媒成分のうち、炭化タングステン以外の触媒成分を「他の触媒成分等」と称す場合がある。
Any one of these platinum, an alloy of platinum and a Group VIII element (hereinafter referred to as “Pt alloy”), and other catalyst components may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. . One type may be used for each, or two or more types may be used.
Hereinafter, among catalyst components according to the present invention such as Pt, Pt alloy, and other catalyst components, catalyst components other than tungsten carbide may be referred to as “other catalyst components and the like”.
この他の触媒成分等は粉体状であることが好ましく、この場合の平均粒径は、上限として通常1000nm以下、好ましくは500nm以下、中でも300nm以下で、下限として通常0.5nm以上であることが好ましい。他の触媒成分等の平均粒径がこの下限を下回ると不安定となって失活しやすくなり、上限を超えると高い活性を得にくくなる。 The other catalyst components and the like are preferably in the form of powder, and the average particle size in this case is usually 1000 nm or less as an upper limit, preferably 500 nm or less, especially 300 nm or less, and the lower limit is usually 0.5 nm or more. Is preferred. If the average particle size of other catalyst components is less than this lower limit, it becomes unstable and easily deactivated, and if it exceeds the upper limit, it becomes difficult to obtain high activity.
このような他の触媒成分等を共触媒として併用する場合に、その併用形態としては次のようなものが挙げられる。
(1) 炭化タングステンに他の触媒成分等を担持した後に基体と混合する
(2) 炭化タングステンと他の触媒成分等を混合した後に基体と混合する。
When such other catalyst components are used in combination as a cocatalyst, examples of the combined use include the following.
(1) Load other catalyst components on tungsten carbide and mix with substrate
(2) After mixing tungsten carbide and other catalyst components, mix with the substrate.
他の触媒成分等を用いる場合、他の触媒成分等は、他の触媒成分等の合計/炭化タングステンの重量比で、下限として通常0.001以上、好ましくは0.01以上、中でも0.05以上で、上限として通常2.0以下、好ましくは1.0以下 、中でも0.8以下となるように使用することが好ましい。他の触媒成分の使用量がこの下限を下回ると他の触媒成分を用いたことによる所望の活性が得られず、上限を超えると活性の向上効果が出にくくなる。 When other catalyst components are used, the other catalyst components are the total of other catalyst components / weight ratio of tungsten carbide, and the lower limit is usually 0.001 or more, preferably 0.01 or more, especially 0.05. Thus, the upper limit is usually 2.0 or less, preferably 1.0 or less, and more preferably 0.8 or less. If the amount of the other catalyst component used is less than this lower limit, the desired activity due to the use of the other catalyst component cannot be obtained, and if it exceeds the upper limit, the activity improving effect is difficult to be obtained.
なお、本発明のDMFC用触媒においては、遷移金属元素以外の金属成分が、炭化タングステンの重量を基準に数重量%以下の量で含まれていても、本発明の目的と効果において許容できる。 In the DMFC catalyst of the present invention, even if a metal component other than the transition metal element is contained in an amount of several weight percent or less based on the weight of tungsten carbide, it is acceptable for the purpose and effect of the present invention.
<製造方法>
(炭化タングステンの製造)
本発明に係る炭化タングステンは、ホウ化タングステン、窒化タングステン、硫化タングステン、リン化タングステン及びケイ化タングステンからなる群から選ばれる前駆化合物、即ち、ポーリングの電気陰性度が1.8以上3.0以下の典型非金属元素とタングステンとの間に結合を少なくとも1つ有する、炭化タングステン以外の、タングステン化合物から転化させて得られる。
<Manufacturing method>
(Manufacture of tungsten carbide)
The tungsten carbide according to the present invention is a precursor compound selected from the group consisting of tungsten boride, tungsten nitride, tungsten sulfide, tungsten phosphide, and tungsten silicide, that is, Pauling's electronegativity is 1.8 or more and 3.0 or less. It is obtained by converting from a tungsten compound other than tungsten carbide having at least one bond between the typical nonmetallic element and tungsten.
なお、ポーリングの電気陰性度が1.8以上3.0以下の典型非金属元素としては、H(2.1)、B(2.0)、N(3.0)、Si(1.8)、P(2.1)、S(2.5)、Cl(3.0)、As(2.0)Se(2.4)Br(2.8)、Te(2.1)、I(2.5)、At(2.2)が挙げられるが(カッコ内は電気陰性度)、これらの中でも、周期表の第2周期及び第3周期の典型非金属元素からなる群から選ばれるB、N、Si、P、Sの元素が、毒性が低い等の理由から好適であるため、本発明においては、前駆化合物として、ホウ化タングステン、窒化タングステン、硫化タングステン、リン化タングステン及びケイ化タングステンからなる群から選ばれる化合物を用いる。 Note that typical nonmetallic elements having a Pauling electronegativity of 1.8 or more and 3.0 or less include H (2.1), B (2.0), N (3.0), Si (1.8 ), P (2.1), S (2.5), Cl (3.0), As (2.0) Se (2.4) Br (2.8), Te (2.1), I (2.5), At (2.2) are mentioned (the electronegativity is in parentheses), and among these, it is selected from the group consisting of typical nonmetallic elements in the second and third periods of the periodic table. Since elements of B, N, Si, P, and S are preferable for reasons such as low toxicity, tungsten boride, tungsten nitride, tungsten sulfide, tungsten phosphide, and silicide are used as precursor compounds in the present invention. A compound selected from the group consisting of tungsten is used.
[1]前駆化合物
本発明で用いる前駆化合物としては、具体的には、WB、WB4、W2B5等のホウ化タングステン、WN、W2N、WN2、W3N4等の窒化タングステン、WSi2、W5Si3等のケイ化タングステン、WS2、WS3等の硫化タングステン、WP、WP2等のリン化タングステンが挙げられるが、これらの中でも、窒化タングステン、リン化タングステン、硫化タングステンが、工業的に有利であるため好ましい。これらの化合物はタングステン(W)原子と、ホウ素(B)、窒素(N)、ケイ素(Si)、リン(P)或いは硫黄(S)原子が、直接結合する形態を有するものであり、X線回折(XRD)で確認することができる。
[1] Precursor compound Specific examples of the precursor compound used in the present invention include tungsten boride such as WB, WB 4 and W 2 B 5 , and nitriding such as WN, W 2 N, WN 2 and W 3 N 4. Examples include tungsten, tungsten silicide such as WSi 2 and W 5 Si 3 , tungsten sulfide such as WS 2 and WS 3 , tungsten phosphide such as WP and WP 2 , among these, tungsten nitride, tungsten phosphide, Tungsten sulfide is preferred because it is industrially advantageous. These compounds have a form in which tungsten (W) atoms and boron (B), nitrogen (N), silicon (Si), phosphorus (P) or sulfur (S) atoms are directly bonded to each other, and X-ray It can be confirmed by diffraction (XRD).
[2]原料化合物
本発明で用いる上記前駆化合物を誘導するタングステン化合物(以下「原料化合物」と称する場合がある。)は、特に制限はないが、具体的には、WO3、WO2、H2WO4、(NH4)10W12O41・5H2O等のタングステン酸化物の他、WF6、WCl4、WCl6及びWBr5等のタングステンハロゲン化物等の無機タングステン化合物や(NH4)2WS4等の硫黄原子含有タングステン化合物が挙げられる。その他、有機タングステン化合物としてタングステン錯体が挙げられる。具体的には、エチルボリルエチリデン(ethylborylethylidene)配位子等のホウ素原子配位タングステン錯体、カルボニル配位子やシクロペンタジエニル配位子、アルキル基配位子、オレフィン系配位子等の炭素原子配位タングステン錯体、ピリジン配位子、アセトニトリル配位子等の窒素原子配位タングステン錯体、ホスフィン配位子、ホスファイト配位子等の配位したリン原子配位タングステン錯体、ジエチルカルバモジチオラト配位子等が配位した硫黄原子配位タングステン錯体、が挙げられる。また、これらの配位子を複数個有する錯体であっても良いし、また複数の種類の配位子を有する錯体であっても良い。具体的には、ヒドリド配位子とオレフィン系配位子が配位したタングステン錯体、炭素原子と窒素原子が配位したW(CO)3(NCCH3)3、W(CO)4(bipyridyl)等のタングステン錯体が挙げられる。
[2] Raw Material Compound The tungsten compound for deriving the precursor compound used in the present invention (hereinafter sometimes referred to as “raw material compound”) is not particularly limited, but specifically, WO 3 , WO 2 , H 2 WO 4, (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H 2 other tungsten oxides O, etc., WF 6, WCl 4, WCl 6 and WBr 5 inorganic tungsten compound such as tungsten halides such as or (NH 4 ) sulfur-containing tungsten compounds such as 2 WS 4 and the like. In addition, a tungsten complex is mentioned as an organic tungsten compound. Specifically, boron atom coordinated tungsten complexes such as ethylborylethylidene ligands, carbons such as carbonyl ligands, cyclopentadienyl ligands, alkyl group ligands, and olefinic ligands. Atom coordinated tungsten complex, nitrogen coordinated tungsten complex such as pyridine ligand, acetonitrile ligand, phosphorus atom coordinated tungsten complex coordinated with phosphine ligand, phosphite ligand, etc., diethylcarbamodithio And a sulfur atom coordinated tungsten complex coordinated with a lato ligand or the like. Further, it may be a complex having a plurality of these ligands or a complex having a plurality of types of ligands. Specifically, a tungsten complex in which a hydride ligand and an olefin ligand are coordinated, W (CO) 3 (NCCH 3 ) 3 , W (CO) 4 (bipyridyl) in which a carbon atom and a nitrogen atom are coordinated And tungsten complexes.
これらの中でも、炭素原子配位タングステン錯体、窒素原子配位タングステン錯体、リン原子配位タングステン錯体等の化合物が、種類が豊富で扱いやすく工業的に有利であり、好ましい。 Among these, compounds such as carbon atom-coordinated tungsten complex, nitrogen atom-coordinated tungsten complex, and phosphorus atom-coordinated tungsten complex are preferable because they are abundant and easy to handle and industrially advantageous.
原料化合物についてはその平均粒径の上限が通常100μm以下、好ましくは1000nm以下、より好ましくは500nm以下、中でも300nm以下、特に100nm以下で、下限が通常0.5nm以上、好ましくは1.0nm以上、より好ましくは2.0nm以上であることが望ましい。原料化合物の粒径がこの下限を下回ると生成する炭化タングステンが不安定となって、失活しやすくなり、上限を超えると高い活性を得にくくなる。 For the raw material compound, the upper limit of the average particle size is usually 100 μm or less, preferably 1000 nm or less, more preferably 500 nm or less, especially 300 nm or less, particularly 100 nm or less, and the lower limit is usually 0.5 nm or more, preferably 1.0 nm or more, More preferably, the thickness is 2.0 nm or more. When the particle size of the raw material compound is less than this lower limit, the tungsten carbide produced becomes unstable and easily deactivated, and when it exceeds the upper limit, it becomes difficult to obtain high activity.
[3]原料化合物から前駆化合物への転化
原料化合物から、前駆化合物への転化反応は、公知の任意の手法を用いることができる。例えば、好ましい前駆化合物である窒化タングステン、硫化タングステン、リン化タングステンの原料化合物からの転化反応は、次のような条件で行える。
[3] Conversion from raw material compound to precursor compound For the conversion reaction from the raw material compound to the precursor compound, any known method can be used. For example, the conversion reaction from the raw material compounds of tungsten nitride, tungsten sulfide, and tungsten phosphide, which are preferable precursor compounds, can be performed under the following conditions.
(1) 窒化タングステン
前駆化合物としての窒化タングステンの合成方法については特に制限はなく、公知の任意の方法によって行うことができる。
(1) Tungsten nitride The method for synthesizing tungsten nitride as the precursor compound is not particularly limited, and can be performed by any known method.
例えば、“Applied Catalysis A:General”183巻、253頁(1999)には、WO3をNH3流通下、270℃で加熱を開始し、毎時30℃の速度で加熱温度を上昇させ、最終温度560℃で加熱することによりW2Nが生成すること、更に、1%O2/Heガスを室温で流通させて不動態膜を形成することによって安定化させることができることが開示されているが、この方法を採用することもできる。 For example, in “Applied Catalysis A: General”, 183, 253 (1999), heating of WO 3 was started at 270 ° C. under NH 3 flow, the heating temperature was increased at a rate of 30 ° C. per hour, and the final temperature Although it is disclosed that W 2 N can be produced by heating at 560 ° C., and that it can be stabilized by forming a passive film by flowing 1% O 2 / He gas at room temperature. This method can also be adopted.
その他、次のような方法を採用することもできる。 In addition, the following method can also be employed.
無機タングステン化合物である(NH4)10W12O41・5H2O等のタングステン酸化物を、有機媒体(例えば、エタノール等のアルコール類、アセトン等のカルボニル類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、トルエン等の炭化水素類、塩化メチレン等の塩化物類)、或いは水性媒体(例えば、水等)に溶解し、必要であれば完全溶解のためHClを所望の量を添加し、あるいはスラリー状にし、所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)放置した後、溶媒を蒸留等により除去する。必要であれば、アルゴン等の不活性ガス流通下、所定の温度(通常100℃以上、好ましくは200℃以上、通常1000℃以下、好ましくは800℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱により乾燥する。その後、NH3を含む不活性ガス流通下(通常10%以上、好ましくは30%以上、100%以下、或いは90%以下のNH3濃度。高濃度であれば焼成時間は短くなるが、安全上濃度を下げても良い。)で所定の温度(通常300℃以上、好ましくは400℃以上、通常1000℃以下、好ましくは800℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱することにより窒化タングステンを生成させることができる。なお、この加熱においては、所定の温度(通常室温以上、好ましくは100℃以上、通常600℃以下、好ましくは400℃以下)から所定の速度(通常10℃/hr以上、好ましくは20℃/hr以上、通常600℃/hr以下、好ましくは400℃/hr以下)で所定の温度(通常300℃以上、好ましくは400℃以上、通常1000℃以下、好ましくは800℃以下)まで昇温により加熱を行っても良い。更に、低酸素濃度(例えば、5重量%以下、中でも2重量%以下程度の酸素濃度)の不活性ガス雰囲気中で、所定時間(通常数10分以上、好ましくは30分以上、通常10時間以下、中でも5時間以下)で、所定の温度(通常は、室温付近)で処理することにより不動態膜を形成させる不動態化処理を行うことができる。 The inorganic tungsten compound (NH 4) 10 W 12 O 41 · 5H 2 O and tungsten oxide, an organic medium (e.g., alcohols such as ethanol, carbonyl such as acetone, ethers such as tetrahydrofuran, toluene, etc. Hydrocarbons, chlorides such as methylene chloride) or an aqueous medium (for example, water, etc.), and if necessary, add a desired amount of HCl for complete dissolution, or make a slurry, (Normally 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less), and then the solvent is removed by distillation or the like. If necessary, a predetermined temperature (usually 10 minutes or more, usually at 100 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, usually 1000 ° C. or lower, preferably 800 ° C. or lower) under a flow of an inert gas such as argon. (Preferably 30 minutes or more, usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less) Drying by heating. Thereafter, under the flow of an inert gas containing NH 3 (usually 10% or more, preferably 30% or more, 100% or less, or 90% or less NH 3 concentration. High concentration reduces the firing time, but for safety reasons. The concentration may be lowered.) At a predetermined temperature (usually 300 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher, usually 1000 ° C. or lower, preferably 800 ° C. or lower) for a predetermined time (usually 10 minutes or longer, preferably 30 minutes or longer). (Typically 50 hours or less, preferably 30 hours or less) Tungsten nitride can be produced by heating. In this heating, a predetermined rate (usually 10 ° C./hr or more, preferably 20 ° C./hr or more) from a predetermined temperature (usually room temperature or higher, preferably 100 ° C. or higher, usually 600 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or lower). As described above, heating is generally performed at a temperature of 600 ° C./hr or less, preferably 400 ° C./hr or less) to a predetermined temperature (usually 300 ° C. or more, preferably 400 ° C. or more, usually 1000 ° C. or less, preferably 800 ° C. or less). You can go. Furthermore, in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration (for example, an oxygen concentration of about 5% by weight or less, especially about 2% by weight or less), a predetermined time (usually several minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 10 hours or less). In particular, a passivation treatment for forming a passivation film can be performed by treating at a predetermined temperature (usually around room temperature) for 5 hours or less.
更に、有機タングステン化合物からも窒化タングステンの合成が可能である。具体的には、W(CO)3(CH3CN)3をNH3を含む不活性ガス流通下(通常10%以上、好ましくは30%以上、100%以下、或いは90%以下のNH3濃度。高濃度であれば焼成時間は短くなるが、安全上濃度を下げても良い。)で所定の温度(通常200℃以上、好ましくは300℃以上、通常1000℃以下、好ましくは800℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱することにより窒化タングステンを生成させることができる。なお、この加熱においては、所定の温度(通常室温以上、好ましくは100℃以上、通常600℃以下、好ましくは400℃以下)から所定の速度(通常10℃/hr以上、好ましくは20℃/hr以上、通常600℃/hr以下、好ましくは400℃/hr以下)で所定の温度(通常300℃以上、好ましくは400℃以上、通常1000℃以下、好ましくは800℃以下)まで昇温により加熱を行っても良い。更に、低酸素濃度(例えば、5重量%以下、中でも2重量%以下程度の酸素濃度)の不活性ガス雰囲気中で、所定時間(通常数10分以上、好ましくは30分以上、通常10時間以下、中でも5時間以下)で、所定の温度(通常は、室温付近)で処理することにより不動態膜を形成させる不動態化処理を行うことができる。 Furthermore, tungsten nitride can be synthesized from an organic tungsten compound. Specifically, W (CO) 3 (CH 3 CN) 3 is distributed under an inert gas containing NH 3 (normally 10% or more, preferably 30% or more, 100% or less, or NH 3 concentration of 90% or less). If the concentration is high, the firing time is shortened, but the concentration may be lowered for safety.) At a predetermined temperature (usually 200 ° C. or higher, preferably 300 ° C. or higher, usually 1000 ° C. or lower, preferably 800 ° C. or lower). The tungsten nitride can be produced by heating for a predetermined time (usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less). In this heating, a predetermined rate (usually 10 ° C./hr or more, preferably 20 ° C./hr or more) from a predetermined temperature (usually room temperature or higher, preferably 100 ° C. or higher, usually 600 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or lower). As described above, heating is generally performed at a temperature of 600 ° C./hr or less, preferably 400 ° C./hr or less) to a predetermined temperature (usually 300 ° C. or more, preferably 400 ° C. or more, usually 1000 ° C. or less, preferably 800 ° C. or less). You can go. Furthermore, in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration (for example, an oxygen concentration of about 5% by weight or less, especially about 2% by weight or less), a predetermined time (usually several minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 10 hours or less). In particular, a passivation treatment for forming a passivation film can be performed by treating at a predetermined temperature (usually around room temperature) for 5 hours or less.
(2) 硫化タングステン
前駆化合物としての硫化タングステンの形状は特に制限はなく、特定の構造を持たないものの他、ナノロッド、ナノチューブ、ナノツイスト、ナノクラスター、ナノファイバー等のナノマテリアルやサブマイクロコイルでも良い。またその合成方法についても特に制限はなく、公知の任意の方法によって行うことができる。たとえば“Journal of Materials Chemistry 12巻1450頁(2002)にはW(CO)6をジフェニルエタン中で、わずかに過剰のS存在下90℃においてアルゴン雰囲気で超音波処理を行い、得られたアモルファス粉末をアルゴン雰囲気で800℃で加熱することにより、WS2ナノロッドが生成することが報告されている。
(2) Tungsten sulfide The shape of tungsten sulfide as a precursor compound is not particularly limited, and may be nanomaterials such as nanorods, nanotubes, nanotwists, nanoclusters, nanofibers, and sub-microcoils, in addition to those having no specific structure. . Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the synthesis method, It can carry out by well-known arbitrary methods. For example, “Journal of Materials Chemistry Vol. 12, p. 1450 (2002) states that W (CO) 6 was sonicated in diphenylethane at 90 ° C. in an argon atmosphere in the presence of a slight excess of S. It is reported that WS 2 nanorods are produced by heating at 800 ° C. in an argon atmosphere.
その他、次のような方法を採用することもできる。 In addition, the following method can also be employed.
W(CO)6をSと共に、有機媒体(例えば、エタノール等のアルコール類、アセトン等のカルボニル類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、トルエン、キシレン等の炭化水素類、塩化メチレン等の塩化物類)に溶解或いはスラリー状にし、所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱或いは還流を行い、沈殿物を濾過或いは溶媒を蒸留等により採取し、必要であれば更に未反応のW(CO)6を除くために沈殿物を所定量の有機溶媒(例えば、アセトニトリル等の含窒素有機溶媒、エタノール等のアルコール類、アセトン等のカルボニル類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、トルエン、キシレン等の炭化水素類、塩化メチレン等の塩化物類)に溶解、或いはスラリー状にて所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱或いは還流を行い、熱濾過等により沈殿物を採取する。得られた沈殿物をアルゴン等の不活性ガス流通下、所定の温度(通常100℃以上、好ましくは200℃以上、通常1000℃以下、好ましくは800℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱により乾燥することにより硫化タングステンが得られる。 W (CO) 6 together with S in an organic medium (for example, alcohols such as ethanol, carbonyls such as acetone, ethers such as tetrahydrofuran, hydrocarbons such as toluene and xylene, chlorides such as methylene chloride) Dissolve or form a slurry, heat or reflux for a predetermined time (usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less), and collect the precipitate by filtration or distillation of the solvent. If necessary, in order to further remove unreacted W (CO) 6 , the precipitate is added to a predetermined amount of an organic solvent (for example, a nitrogen-containing organic solvent such as acetonitrile, alcohols such as ethanol, carbonyls such as acetone, tetrahydrofuran, etc. In ethers such as toluene, hydrocarbons such as toluene and xylene, chlorides such as methylene chloride) Predetermined time Te (usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually at most 50 hours, preferably 30 hours or less) performs heating or reflux, collecting the precipitate by hot filtration and the like. The obtained precipitate is passed through an inert gas such as argon at a predetermined temperature (usually 100 ° C or higher, preferably 200 ° C or higher, usually 1000 ° C or lower, preferably 800 ° C or lower) for a predetermined time (usually 10 minutes or longer). (Preferably 30 minutes or more, usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less) Tungsten sulfide is obtained by drying by heating.
(3) リン化タングステン
前駆化合物としてのリン化タングステンの合成方法については特に制限はなく、公知の任意の方法によって行うことができる。
(3) Tungsten phosphide The method for synthesizing tungsten phosphide as a precursor compound is not particularly limited, and can be performed by any known method.
例えば、“Studies in Surface Science and Catalysis”143巻、247頁(2002)には、(NH4)6H2W12O40・18H2Oと(HN4)2HPO4を、WとPとのモル比が1:1となるように水に溶解させた後、水を留去し、次いで、空気流通条件下で加熱し、その後に水素流通条件下で加熱還元処理を行うことによりWPが得られること、更に、0.5%O2/Heガスを室温で流通させて不動態膜を形成することによって安定化させることができることが開示されているが、この方法を採用することもできる。 For example, “Studies in Surface Science and Catalysis” volume 143, page 247 (2002) includes (NH 4 ) 6 H 2 W 12 O 40 · 18H 2 O and (HN 4 ) 2 HPO 4 , W and P Is dissolved in water so that the molar ratio thereof becomes 1: 1, and then water is distilled off, followed by heating under air circulation conditions, followed by heat reduction treatment under hydrogen circulation conditions to reduce WP. It is disclosed that it can be stabilized by forming a passive film by flowing 0.5% O 2 / He gas at room temperature, but this method can also be adopted. .
具体的には、メタタングステン酸等のタングステン供給化合物、及び、リン酸第2アンモニウム等のリン供給化合物を所望のリン化タングステンのモル比に応じた配合比で、有機媒体(例えば、エタノール等のアルコール類、アセトン等のカルボニル類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、トルエン等の炭化水素類、塩化メチレン等の塩化物類)、或いは水性媒体(例えば、水等)に溶解、或いは分散させ、所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)放置した後、溶媒を蒸留等により除去する。次に、酸素雰囲気ガス流通条件下、所定の温度(通常300℃以上、好ましくは400℃以上、通常1000℃以下、好ましくは800℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱し、その後、還元雰囲気(例えば、水素ガス流通下)条件下で所定の温度(通常300℃以上、好ましくは400℃以上、通常1000℃以下、好ましくは700℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱することによりWPを得ることができる。更に、低酸素濃度(例えば、5重量%以下、中でも2重量%以下程度の酸素濃度)の不活性ガス雰囲気中で、所定時間(通常数10分以上、好ましくは30分以上、通常10時間以下、中でも5時間以下)で、所定の温度(通常は、室温付近)で処理することにより不動態膜を形成させる不動態化処理を行うことができる。 Specifically, a tungsten supply compound such as metatungstic acid and a phosphorus supply compound such as diammonium phosphate are mixed in an organic medium (for example, ethanol or the like) at a blending ratio corresponding to a desired molar ratio of tungsten phosphide. Alcohols, carbonyls such as acetone, ethers such as tetrahydrofuran, hydrocarbons such as toluene, chlorides such as methylene chloride) or aqueous media (for example, water, etc.), or dissolved or dispersed for a predetermined time (Normally 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less) After standing, the solvent is removed by distillation or the like. Next, under a flow condition of oxygen atmosphere gas, at a predetermined temperature (usually 300 ° C. or more, preferably 400 ° C. or more, usually 1000 ° C. or less, preferably 800 ° C. or less) for a predetermined time (usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes). As described above, heating is usually performed for 50 hours or less, preferably 30 hours or less, and then a predetermined temperature (usually 300 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher, preferably 1000 ° C. or lower) under a reducing atmosphere (for example, under hydrogen gas flow). WP is preferably obtained by heating at 700 ° C. or less for a predetermined time (usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less). Furthermore, in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration (for example, an oxygen concentration of about 5% by weight or less, especially about 2% by weight or less), a predetermined time (usually several minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 10 hours or less). In particular, a passivation treatment for forming a passivation film can be performed by treating at a predetermined temperature (usually around room temperature) for 5 hours or less.
上記した原料化合物から前駆化合物への転化反応の中でも、タングステン酸化物或いはカルボニル配位子を有するタングステン錯体を原料化合物として用い、この原料化合物から得られた窒化タングステン或いは硫化タングステンを炭化タングステンの前駆化合物として用いることが、原料が安価であること、反応が容易であること等の理由から好適である。 Among the conversion reaction from the raw material compound to the precursor compound, tungsten oxide or tungsten complex having a carbonyl ligand is used as the raw material compound, and tungsten nitride or tungsten sulfide obtained from this raw material compound is used as the precursor compound of tungsten carbide. It is preferable to use it as a raw material because the raw material is inexpensive and the reaction is easy.
[4]前駆化合物から炭化タングステンへの転化
本発明においては、ホウ化タングステン、窒化タングステン、硫化タングステン、リン化タングステン、及びケイ化タングステンから選ばれる化合物を前駆化合物とし、これを基体の存在下又は不存在下に、所定の加熱条件下に炭化水素或いはこれに更に水素を接触させて、炭化タングステンに転化させることが好ましい。
[4] Conversion from precursor compound to tungsten carbide In the present invention, a compound selected from tungsten boride, tungsten nitride, tungsten sulfide, tungsten phosphide, and tungsten silicide is used as a precursor compound, and this is used in the presence of a substrate or In the absence, it is preferable to convert hydrocarbons or further hydrogen into contact with them under predetermined heating conditions to convert them into tungsten carbide.
基体の存在下に前駆化合物を炭化水素或いは炭化水素及び水素と接触させて炭化タングステンを得る場合、基体は、前述の好適な基体への炭化タングステン被着量となるように用いれば良い。 In the case where tungsten carbide is obtained by bringing the precursor compound into contact with hydrocarbon or hydrocarbon and hydrogen in the presence of the substrate, the substrate may be used so as to have the above-mentioned suitable amount of tungsten carbide deposited on the substrate.
また、炭化水素としては、通常メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、プロピレン、アセチレン、好ましくはメタン、エタン、エチレン或いはこれらの混合ガスを、通常1mL/min.以上、好ましくは5mL/min.以上、通常500mL/min.以下、好ましくは400mL/min.以下供給するのが好ましい。炭化水素が上記下限より少ないと、炭化反応が進行し難くなり、上記上限よりも多くなると、反応に供しない炭化水素ガスの量が増えるので当該反応にとって好ましくない。水素を併用することにより、炭化タングステン表面に炭素層ができることを防ぐという効果が得られるが、その使用割合は炭化水素と水素との混合ガス中の炭化水素の割合が通常5%以上、好ましくは10%以上、通常90%以下、好ましくは30%以下供給することが好ましい。炭化水素量が上記下限よりも少ないと、炭化反応が進行し難くなり、上記上限よりも多いと、炭化タングステン表面に活性の無い炭素層が付着するので、当該反応にとって好ましくない。 The hydrocarbon is usually methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, acetylene, preferably methane, ethane, ethylene or a mixed gas thereof, usually at 1 mL / min. Or more, preferably 5 mL / min. As described above, usually 500 mL / min. Hereinafter, preferably 400 mL / min. It is preferable to supply the following. If the hydrocarbon is less than the above lower limit, the carbonization reaction is difficult to proceed, and if it exceeds the upper limit, the amount of hydrocarbon gas not subjected to the reaction increases, which is not preferable for the reaction. By using hydrogen in combination, the effect of preventing the formation of a carbon layer on the surface of tungsten carbide can be obtained, but the use ratio is usually 5% or more, preferably the ratio of hydrocarbon in the mixed gas of hydrocarbon and hydrogen. It is preferable to supply 10% or more, usually 90% or less, preferably 30% or less. If the amount of hydrocarbon is less than the above lower limit, the carbonization reaction is difficult to proceed, and if it exceeds the above upper limit, an inactive carbon layer adheres to the tungsten carbide surface, which is not preferable for the reaction.
転化反応は、通常500℃以上、好ましくは600℃以上、通常1200℃以下、好ましくは1000℃以下で行われる。この反応温度が上記下限よりも低いと、炭化反応が進行し難くなり、上限よりも高いと活性の高い炭化タングステンが得にくくなる。 The conversion reaction is usually performed at 500 ° C or higher, preferably 600 ° C or higher, usually 1200 ° C or lower, preferably 1000 ° C or lower. If the reaction temperature is lower than the lower limit, the carbonization reaction does not proceed easily. If the reaction temperature is higher than the upper limit, highly active tungsten carbide is difficult to obtain.
反応時間は反応温度によっても異なるが、通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下とされる。この反応時間が上記下限よりも短いと反応が完全には進行し難くなり、上限より長いと活性の高い炭化タングステンが得にくくなる。 While the reaction time varies depending on the reaction temperature, it is usually 10 minutes or longer, preferably 30 minutes or longer, usually 50 hours or shorter, preferably 30 hours or shorter. If this reaction time is shorter than the above lower limit, the reaction does not proceed completely, and if it is longer than the upper limit, highly active tungsten carbide is difficult to obtain.
この加熱は、所定の温度(通常室温以上、好ましくは100℃以上、通常600℃以下、好ましくは400℃以下)から所定の速度(通常10℃/hr以上、好ましくは20℃/hr以上、通常600℃/hr以下、好ましくは400℃/hr以下)で所定の温度(通常500℃以上、好ましくは600℃以上、通常1200℃以下、好ましくは1000℃以下)まで昇温により行っても良い。炭化タングステンの生成後、更に、低酸素濃度(例えば、5重量%以下、中でも2重量%以下程度の酸素濃度)の不活性ガス雰囲気中で、所定時間(通常数10分以上、好ましくは30分以上、通常10時間以下、中でも5時間以下)で、所定の温度(通常は、室温付近)で処理することにより不動態膜を形成させる不動態化処理を行うことができる。 This heating is performed from a predetermined temperature (usually room temperature or higher, preferably 100 ° C. or higher, usually 600 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or lower) to a predetermined speed (usually 10 ° C./hr or higher, preferably 20 ° C./hr or higher, usually The temperature may be raised to a predetermined temperature (usually 500 ° C. or more, preferably 600 ° C. or more, usually 1200 ° C. or less, preferably 1000 ° C. or less) at 600 ° C./hr or less, preferably 400 ° C./hr or less. After the formation of tungsten carbide, it is further performed for a predetermined time (usually several tens of minutes or more, preferably 30 minutes) in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration (for example, an oxygen concentration of 5 wt% or less, especially 2 wt% or less). As described above, the passivation treatment for forming a passive film can be performed by treatment at a predetermined temperature (usually around room temperature) usually for 10 hours or less, particularly 5 hours or less.
以下に、窒化タングステン等の前駆化合物から、基体の不存在下に炭化タングステンを生成させる方法についてより具体的に説明するが、本発明は以下の方法に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, a method for producing tungsten carbide from a precursor compound such as tungsten nitride in the absence of a substrate will be described more specifically, but the present invention is not limited to the following method.
(1) 窒化タングステンから炭化タングステンへの転化
窒化タングステンから本発明で用いる炭化タングステンを与える合成方法については特に制限はなく、公知の任意の方法によって行うことができる。例えば、“Applied Catalysis A:General”183巻、253頁(1999)には、W2Nをメタンと水素流通下、25℃で加熱を開始し、毎時60℃の速度で加熱温度を上昇させ、最終温度750℃で加熱することによりWC1−xが生成すること、更に、1%O2/Heガスを室温で流通させて不動態膜を形成することによって安定化させることができることが開示されているが、この方法を採用することもできる。
(1) Conversion from tungsten nitride to tungsten carbide There is no particular limitation on the synthesis method for providing tungsten carbide used in the present invention from tungsten nitride, and any known method can be used. For example, in “Applied Catalysis A: General”, 183, page 253 (1999), W 2 N was started to be heated at 25 ° C. under a flow of methane and hydrogen, and the heating temperature was increased at a rate of 60 ° C. per hour. It is disclosed that WC 1-x can be produced by heating at a final temperature of 750 ° C., and that it can be stabilized by forming a passive film by flowing 1% O 2 / He gas at room temperature. However, this method can also be adopted.
また、窒化タングステンを所定の炭化水素ガス(通常はメタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、プロピレン、アセチレン、好ましくはメタン、エタン、エチレン)或いはそれらの混合ガスと水素ガス流通下(通常、混合ガス中の炭化水素ガスの混合割合は通常5%以上、好ましくは10%以上、通常90%以下、好ましくは30%以下)、所定の温度(通常500℃以上、好ましくは600℃以上、通常1000℃以下、好ましくは900℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱することにより炭化タングステンを生成させることができる。なお、この加熱においては、上記のように所定の温度(通常室温以上、好ましくは100℃以上、通常600℃以下、好ましくは400℃以下)から所定の速度(通常10℃/hr以上、好ましくは20℃/hr以上、通常600℃/hr以下、好ましくは400℃/hr以下)で所定の温度(通常500℃以上、好ましくは600℃以上、通常1000℃以下、好ましくは900℃以下)まで昇温により加熱を行っても良い。更に、低酸素濃度(例えば、5重量%以下、中でも2重量%以下程度の酸素濃度)の不活性ガス雰囲気中で、所定時間(通常数10分以上、好ましくは30分以上、通常10時間以下、中でも5時間以下)で、所定の温度(通常は、室温付近)で処理することにより不動態膜を形成させる不動態化処理を行うことができる。 In addition, tungsten nitride is used in a predetermined hydrocarbon gas (usually methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, acetylene, preferably methane, ethane, ethylene) or a mixed gas thereof and hydrogen gas (usually a mixed gas). The mixing ratio of the hydrocarbon gas is usually 5% or more, preferably 10% or more, usually 90% or less, preferably 30% or less), a predetermined temperature (usually 500 ° C or more, preferably 600 ° C or more, usually 1000 ° C). Tungsten carbide can be produced by heating for a predetermined time (usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, preferably 50 minutes or less, preferably 30 hours or less) preferably at 900 ° C. or less. In this heating, as described above, a predetermined rate (usually 10 ° C./hr or more, preferably 100 ° C. or more, preferably 600 ° C. or less, preferably 400 ° C. or less), from a predetermined temperature (usually 10 ° C./hr or more, preferably 20 ° C / hr or higher, usually 600 ° C / hr or lower, preferably 400 ° C / hr or lower) to a predetermined temperature (usually 500 ° C or higher, preferably 600 ° C or higher, usually 1000 ° C or lower, preferably 900 ° C or lower). You may heat with temperature. Furthermore, in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration (for example, an oxygen concentration of about 5% by weight or less, especially about 2% by weight or less), a predetermined time (usually several minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 10 hours or less). In particular, a passivation treatment for forming a passivation film can be performed by treating at a predetermined temperature (usually around room temperature) for 5 hours or less.
(2) 硫化タングステンから炭化タングステンへの転化
硫化タングステンから本発明で用いる炭化タングステンを与える合成方法については特に制限はなく、任意の方法によって行うことができる。
(2) Conversion from tungsten sulfide to tungsten carbide There is no particular limitation on the synthesis method for providing tungsten carbide used in the present invention from tungsten sulfide, and any method can be used.
具体的には、硫化タングステンを所定の炭化水素ガス(通常はメタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、プロピレン、アセチレン、好ましくはメタン、エタン、エチレン)或いはそれらの混合ガスと水素ガス流通下(通常、混合ガス中の炭化水素ガスの混合割合は通常5%以上、好ましくは10%以上、通常90%以下、好ましくは30%以下)、所定の温度(通常550℃以上、好ましくは650℃以上、通常1100℃以下、好ましくは1000℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱することにより炭化タングステンを生成させることができる。なお、この加熱においては、上記のように所定の温度(通常室温以上、好ましくは100℃以上、通常600℃以下、好ましくは400℃以下)から所定の速度(通常10℃/hr以上、好ましくは20℃/hr以上、通常600℃/hr以下、好ましくは400℃/hr以下)で所定の温度(通常550℃以上、好ましくは650℃以上、通常1100℃以下、好ましくは1000℃以下)まで昇温により加熱を行っても良い。更に、低酸素濃度(例えば、5重量%以下、中でも2重量%以下程度の酸素濃度)の不活性ガス雰囲気中で、所定時間(通常数10分以上、好ましくは30分以上、通常10時間以下、中でも5時間以下)で、所定の温度(通常は、室温付近)で処理することにより不動態膜を形成させる不動態化処理を行うことができる。 Specifically, tungsten sulfide is converted into a predetermined hydrocarbon gas (usually methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, acetylene, preferably methane, ethane, ethylene) or a mixed gas thereof and hydrogen gas (usually The mixing ratio of the hydrocarbon gas in the mixed gas is usually 5% or more, preferably 10% or more, usually 90% or less, preferably 30% or less), a predetermined temperature (usually 550 ° C. or more, preferably 650 ° C. or more, Tungsten carbide can be generated by heating for a predetermined time (usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less) at 1100 ° C. or less, preferably 1000 ° C. or less. . In this heating, as described above, a predetermined rate (usually 10 ° C./hr or more, preferably 100 ° C. or more, preferably 600 ° C. or less, preferably 400 ° C. or less), from a predetermined temperature (usually 10 ° C./hr or more, preferably 20 ° C / hr or more, usually 600 ° C / hr or less, preferably 400 ° C / hr or less) to a predetermined temperature (usually 550 ° C or more, preferably 650 ° C or more, usually 1100 ° C or less, preferably 1000 ° C or less) You may heat with temperature. Furthermore, in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration (for example, an oxygen concentration of about 5% by weight or less, especially about 2% by weight or less), a predetermined time (usually several minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 10 hours or less). In particular, a passivation treatment for forming a passivation film can be performed by treating at a predetermined temperature (usually around room temperature) for 5 hours or less.
(3) リン化タングステンから炭化タングステンへの転化
リン化タングステンから本発明で用いる炭化タングステンを与える合成方法については特に制限はなく、任意の方法によって行うことができ、例えば、上述の硫化タングステンから炭化タングステンへの転化反応と同様な反応条件で、炭化タングステンを得ることができる。
(3) Conversion from tungsten phosphide to tungsten carbide There is no particular limitation on the synthesis method for providing tungsten carbide used in the present invention from tungsten phosphide, and any method can be used. Tungsten carbide can be obtained under the same reaction conditions as the conversion reaction to tungsten.
[5]炭化タングステン/基体被着触媒の製造
基体に炭化タングステンが被着してなる本発明のDMFC用触媒を製造する場合、炭化タングステンの合成過程において基体を付与するタイミングは任意であるが、例えば、次のような方法が挙げられる。
(1) 原料化合物に基体を混合した後、原料化合物の前駆化合物への転化反応を行い、その後更に前駆化合物の炭化タングステンへの転化反応を行う。
(2) 前駆化合物に基体を混合した後、前駆化合物の炭化タングステンへの転化反応を行う。
(3) 炭化タングステンを調製した後にこれに基体を混合した後、所望により更に焼成処理などを施す。
[5] Production of Tungsten Carbide / Substrate-Deposited Catalyst When producing the DMFC catalyst of the present invention in which tungsten carbide is deposited on a substrate, the timing for applying the substrate in the synthesis process of tungsten carbide is arbitrary. For example, the following method is mentioned.
(1) After the substrate is mixed with the raw material compound, the conversion reaction of the raw material compound to the precursor compound is performed, and then the conversion reaction of the precursor compound to tungsten carbide is further performed.
(2) After mixing the substrate with the precursor compound, the conversion reaction of the precursor compound to tungsten carbide is performed.
(3) After preparing the tungsten carbide, the substrate is mixed with the tungsten carbide, and further subjected to a firing treatment or the like as desired.
上記(1)の場合、例えば、前記原料化合物を水溶液等の溶媒で溶解した後、基体と共に水溶液等の溶媒に溶解或いは分散させ、溶媒を除去した後、必要であれば、不活性ガス流通下、所望の温度と時間で加熱することにより乾燥させ、その後NH3流通下で加熱することにより基体に担持させたW2Nを得ることができる。更に、炭化水素ガスと水素流通下、所望の温度と時間で加熱することにより本発明で開示する炭化タングステンが基体に被着されてなるDMFC用触媒が生成する。更に、所望の低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中で、所定の温度と時間で(通常は、室温付近)で処理することにより不動態膜を形成させる不動態化処理を行っても良い。 In the case of (1) above, for example, after dissolving the raw material compound in a solvent such as an aqueous solution, dissolved or dispersed in a solvent such as an aqueous solution together with the substrate, and after removing the solvent, if necessary, under an inert gas flow Then, drying is performed by heating at a desired temperature and time, and then W 2 N supported on the substrate can be obtained by heating under a flow of NH 3 . Furthermore, by heating at a desired temperature and time under a flow of hydrocarbon gas and hydrogen, a DMFC catalyst in which tungsten carbide disclosed in the present invention is deposited on a substrate is produced. Further, a passivation treatment may be performed in which a passivation film is formed by processing at a predetermined temperature and time (usually around room temperature) in an inert gas atmosphere having a desired low oxygen concentration.
具体的には、(NH4)10W12O41・5H2Oを、有機媒体(例えば、エタノール等のアルコール類、アセトン等のカルボニル類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、トルエン等の炭化水素類、塩化メチレン等の塩化物類)、或いは水性媒体(例えば、水等)に溶解し、必要であれば完全溶解のためHClを所望の量を添加し、あるいはスラリー状にし、これにカーボンブラック等の基体を所定量混合し、所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)放置した後、溶媒を蒸留等により除去する。必要であれば、アルゴン等の不活性ガス流通下、所定の温度(通常100℃以上、好ましくは200℃以上、通常1000℃以下、好ましくは800℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱により乾燥する。その後、NH3を含む不活性ガス流通下(通常10%以上、好ましくは30%以上、100%以下、或いは90%以下のNH3濃度。高濃度であれば焼成時間は短くなるが、安全上濃度を下げても良い。)で所定の温度(通常300℃以上、好ましくは400℃以上、通常1000℃以下、好ましくは800℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱することにより窒化タングステンを生成させると共に基体に担持させることができる。なお、この加熱においては、所定の温度(通常室温以上、好ましくは100℃以上、通常600℃以下、好ましくは400℃以下)から所定の速度(通常10℃/hr以上、好ましくは20℃/hr以上、通常600℃/hr以下、好ましくは400℃/hr以下)で所定の温度(通常300℃以上、好ましくは400℃以上、通常1000℃以下、好ましくは800℃以下)まで昇温により加熱を行っても良い。 Specifically, (NH 4) a 10 W 12 O 41 · 5H 2 O, organic medium (e.g., alcohols such as ethanol, carbonyl such as acetone, ethers such as tetrahydrofuran, hydrocarbons such as toluene, Chlorides such as methylene chloride) or in an aqueous medium (for example, water), and if necessary, add a desired amount of HCl for complete dissolution, or make a slurry, and add carbon black A predetermined amount of the substrate is mixed and allowed to stand for a predetermined time (usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less), and then the solvent is removed by distillation or the like. If necessary, a predetermined temperature (usually 10 minutes or more, usually at 100 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, usually 1000 ° C. or lower, preferably 800 ° C. or lower) under a flow of an inert gas such as argon. (Preferably 30 minutes or more, usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less) Drying by heating. Thereafter, under the flow of an inert gas containing NH 3 (usually 10% or more, preferably 30% or more, 100% or less, or 90% or less NH 3 concentration. High concentration reduces the firing time, but for safety reasons. The concentration may be lowered.) At a predetermined temperature (usually 300 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher, usually 1000 ° C. or lower, preferably 800 ° C. or lower) for a predetermined time (usually 10 minutes or longer, preferably 30 minutes or longer). (Typically 50 hours or less, preferably 30 hours or less) By heating, tungsten nitride can be generated and supported on the substrate. In this heating, a predetermined rate (usually 10 ° C./hr or more, preferably 20 ° C./hr or more) from a predetermined temperature (usually room temperature or higher, preferably 100 ° C. or higher, usually 600 ° C. or lower, preferably 400 ° C. or lower). As described above, heating is generally performed at a temperature of 600 ° C./hr or less, preferably 400 ° C./hr or less) to a predetermined temperature (usually 300 ° C. or more, preferably 400 ° C. or more, usually 1000 ° C. or less, preferably 800 ° C. or less). You can go.
次に、窒化タングステンを所定の炭化水素ガス(通常はメタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、プロピレン、アセチレン、好ましくはメタン、エタン、エチレン)或いはそれらの混合ガスと水素ガス流通下(通常、混合ガス中の炭化水素ガスの混合割合は通常5%以上、好ましくは10%以上、通常90%以下、好ましくは30%以下)、所定の温度(通常500℃以上、好ましくは600℃以上、通常1000℃以下、好ましくは900℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱することにより、炭化タングステンが基体に被着されてなるDMFC用触媒が生成する。なお、この加熱においては、上記のように所定の温度(通常室温以上、好ましくは100℃以上、通常600℃以下、好ましくは400℃以下)から所定の速度(通常10℃/hr以上、好ましくは20℃/hr以上、通常600℃/hr以下、好ましくは400℃/hr以下)で所定の温度(通常500℃以上、好ましくは600℃以上、通常1000℃以下、好ましくは900℃以下)まで昇温により加熱を行っても良い。更に、低酸素濃度(例えば、5重量%以下、中でも2重量%以下程度の酸素濃度)の不活性ガス雰囲気中で、所定時間(通常数10分以上、好ましくは30分以上、通常10時間以下、中でも5時間以下)で、所定の温度(通常は、室温付近)で処理することにより不動態膜を形成させる不動態化処理を行うことができる。 Next, tungsten nitride is mixed with a predetermined hydrocarbon gas (usually methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, acetylene, preferably methane, ethane, ethylene) or a mixed gas thereof and hydrogen gas (usually mixed). The mixing ratio of hydrocarbon gas in the gas is usually 5% or more, preferably 10% or more, usually 90% or less, preferably 30% or less), a predetermined temperature (usually 500 ° C. or more, preferably 600 ° C. or more, usually 1000). Tungsten carbide is deposited on the substrate by heating at a temperature of ℃ or less, preferably 900 ℃ or less for a predetermined time (usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less). The resulting DMFC catalyst is produced. In this heating, as described above, a predetermined rate (usually 10 ° C./hr or more, preferably 100 ° C. or more, preferably 600 ° C. or less, preferably 400 ° C. or less), from a predetermined temperature (usually 10 ° C./hr or more, preferably 20 ° C / hr or higher, usually 600 ° C / hr or lower, preferably 400 ° C / hr or lower) to a predetermined temperature (usually 500 ° C or higher, preferably 600 ° C or higher, usually 1000 ° C or lower, preferably 900 ° C or lower). You may heat with temperature. Furthermore, in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration (for example, an oxygen concentration of about 5% by weight or less, especially about 2% by weight or less), a predetermined time (usually several minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 10 hours or less). In particular, a passivation treatment for forming a passivation film can be performed by treating at a predetermined temperature (usually around room temperature) for 5 hours or less.
また、WO3、その他のタングステン化合物をカーボンブラック等の担体と所定量物理混合し、必要な場合、酸素含有ガス流通条件下、所定の温度(通常100℃以上、好ましくは200℃以上、通常1500℃以下、好ましくは1000℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱した後、上記と同様に、NH3を含む不活性ガス流通下で加熱することにより窒化タングステンを生成させると共に基体に担持させることができる。この加熱は、昇温により行っても良い。次に、上記と同様に、炭化水素ガスと水素流通下、所定の温度と所定の時間で加熱することにより炭化タングステンが基体に被着されてなるDMFC用触媒が生成する。この加熱は、昇温により行っても良い。更に、所望の低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中で、所定の温度と時間で(通常は、室温付近)で処理することにより不動態膜を形成させる不動態化処理を行っても良い。 In addition, WO 3 and other tungsten compounds are physically mixed with a carrier such as carbon black in a predetermined amount, and when necessary, a predetermined temperature (usually 100 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, usually 1500 under oxygen-containing gas flow conditions). ° C. or less, preferably 1000 ° C. or less) a predetermined time (usually 10 minutes or more, not preferably 30 minutes or more, usually at most 50 hours, preferably 30 hours or less) was heated, as above, the NH 3 By heating under active gas flow, tungsten nitride can be generated and supported on the substrate. This heating may be performed by raising the temperature. Next, in the same manner as described above, a DMFC catalyst in which tungsten carbide is deposited on a substrate is produced by heating at a predetermined temperature and for a predetermined time under a flow of hydrocarbon gas and hydrogen. This heating may be performed by raising the temperature. Further, a passivation treatment may be performed in which a passivation film is formed by processing at a predetermined temperature and time (usually around room temperature) in an inert gas atmosphere having a desired low oxygen concentration.
[6]他の触媒成分等を含む触媒の製造
他の触媒成分等を含む本発明のDMFC用触媒を製造する場合、炭化タングステンの合成過程において、他の触媒成分等或いは他の触媒成分等を生成する物質(以下「他の触媒成分等源」と称す。)を付与するタイミングについては特に制限はないが、通常は、次のような方法が採用される。
(1)炭化タングステンに他の触媒成分等を混合した後、基体との混合を行う。
(2)炭化タングステンに他の触媒成分等源を混合した後に、還元処理或いは焼成処理などを施し、その後基体との混合を行う。
(3)炭化タングステンが基体に被着したものを調製した後に、他の触媒成分等を混合する。
(4)炭化タングステンが基体に被着したものを調製した後に、他の触媒成分等源を混合した後、還元処理或いは焼成処理などを施す。
[6] Manufacture of a catalyst containing other catalyst components, etc. When the DMFC catalyst of the present invention containing other catalyst components, etc. is manufactured, other catalyst components, etc. or other catalyst components, etc. Although there is no particular limitation on the timing of applying the substance to be generated (hereinafter referred to as “other catalyst component etc. source”), the following method is usually employed.
(1) After mixing other catalyst components and the like with tungsten carbide, mixing with the substrate is performed.
(2) After mixing other sources of catalyst components and the like with tungsten carbide, a reduction treatment or a firing treatment is performed, followed by mixing with the substrate.
(3) After preparing the tungsten carbide deposited on the substrate, other catalyst components and the like are mixed.
(4) After preparing what tungsten carbide adhere | attached on the base | substrate, after mixing other sources, such as a catalyst component, a reduction process or a calcination process is given.
これらの中で、(1)と(2)の方法が他の触媒成分等が触媒表面に被着する量が多いと期待されるため好適である。 Among these, the methods (1) and (2) are preferred because they are expected to have a large amount of other catalyst components and the like deposited on the catalyst surface.
なお、他の触媒成分等源としては、前述の遷移金属の酸化物の他、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩等の無機酸塩、酢酸塩等の有機酸塩、ハロゲン化物、水素化物、カルボニル化合物、アミン化合物、オレフィン配位化合物、ホスフィン配位化合物又はホスファイト配位化合物等が挙げられる。好ましくはハロゲン元素や窒素元素を含まない酸化物、炭酸塩、有機酸塩、カルボニル化合物、オレフィン配位化合物である。 Other sources such as catalyst components include the above transition metal oxides, inorganic acid salts such as nitrates, sulfates and carbonates, organic acid salts such as acetates, halides, hydrides, and carbonyl compounds. , Amine compounds, olefin coordination compounds, phosphine coordination compounds or phosphite coordination compounds. Preferred are oxides, carbonates, organic acid salts, carbonyl compounds, and olefin coordination compounds that do not contain halogen elements or nitrogen elements.
上記(2)の方法を実施する場合、例えば、ホウ化タングステン、窒化タングステン、硫化タングステン、リン化タングステン、及びケイ化タングステンから選ばれる化合物を前駆化合物とし、これを基体の非存在下に、所定の加熱条件下に炭化水素或いはこれに更に水素を接触させて得られた炭化タングステンを、他の触媒成分等源である遷移金属の塩化物等が溶解或いは分散した水溶液等の溶液に加え、所望の時間放置し、溶媒を除去した後、必要であれば、不活性ガス流通下、所望の温度と時間で加熱することにより乾燥させ、その後水素流通下、所望の温度と時間で加熱することにより、他の触媒成分等源が炭化タングステンに被着された触媒が生成する。更に、所望の低酸素濃度の不活性ガス雰囲気中で、所定の温度と時間で(通常は、室温付近)で処理することにより不動態膜を形成させる不動態化処理を行っても良い。 次に、この得られた他の触媒成分等源が被着した炭化タングステンを基体とともに乳鉢で混合する。 When the method (2) is performed, for example, a compound selected from tungsten boride, tungsten nitride, tungsten sulfide, tungsten phosphide, and tungsten silicide is used as a precursor compound, and this is performed in the absence of a substrate. Add the hydrocarbon or tungsten carbide obtained by further contacting the hydrocarbon under the heating conditions of the above to a solution such as an aqueous solution in which a chloride of a transition metal as a source of other catalyst components is dissolved or dispersed. After removing the solvent, if necessary, it is dried by heating at a desired temperature and time under an inert gas flow, and then heated at a desired temperature and time under a hydrogen flow. Then, a catalyst is produced in which other sources such as catalyst components are deposited on tungsten carbide. Further, a passivation treatment may be performed in which a passivation film is formed by processing at a predetermined temperature and time (usually around room temperature) in an inert gas atmosphere having a desired low oxygen concentration. Next, the obtained tungsten carbide to which the other source of the catalyst component is deposited is mixed together with the base in a mortar.
より具体的には、前記方法により合成された、WC触媒を、H2PtCl4が溶解或いはスラリー状になっている有機媒体(例えば、エタノール等のアルコール類、アセトン等のカルボニル類、テトラヒドロフラン等のエーテル類、トルエン等の炭化水素類、塩化メチレン等の塩化物類)、或いは水性媒体(例えば、水等)に、所定量混合し、所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)放置した後、溶媒を蒸留等により除去する。必要であれば、アルゴン等の不活性ガス流通下、所定の温度(通常100℃以上、好ましくは200℃以上、通常1000℃以下、好ましくは800℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱により乾燥する。次に、水素ガス流通下、所定の温度(通常100℃以上、好ましくは200℃以上、通常1000℃以下、好ましくは900℃以下)で所定の時間(通常10分以上、好ましくは30分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下)加熱することにより、Ptが炭化タングステンに被着されたDMFC用触媒が生成する。なお、この水素流通による還元過程においては、所定の温度(通常室温以上、好ましくは100℃以上、通常600℃以下、好ましくは400℃以下)から所定の速度(通常10℃/hr以上、好ましくは20℃/hr以上、通常600℃/hr以下、好ましくは400℃/hr以下)で所定の温度(通常200℃以上、好ましくは300℃以上、通常1000℃以下、好ましくは900℃以下)まで昇温により加熱を行っても良い。更に、低酸素濃度(例えば、5重量%以下、中でも2重量%以下程度の酸素濃度)の不活性ガス雰囲気中で、所定時間(通常数10分以上、好ましくは30分以上、通常10時間以下、中でも5時間以下)で、所定の温度(通常は、室温付近)で処理することにより不動態膜を形成させる不動態化処理を行うことができる。次に、この得られた他の触媒成分等源が被着した炭化タングステンを基体とともに乳鉢で混合する。 More specifically, the WC catalyst synthesized by the above method is converted into an organic medium in which H 2 PtCl 4 is dissolved or in a slurry state (for example, alcohols such as ethanol, carbonyls such as acetone, tetrahydrofuran, etc. Ethers, hydrocarbons such as toluene, chlorides such as methylene chloride), or an aqueous medium (for example, water, etc.), and a predetermined amount mixed, for a predetermined time (usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, (Normally 50 hours or less, preferably 30 hours or less) After standing, the solvent is removed by distillation or the like. If necessary, a predetermined temperature (usually 10 minutes or more, usually at 100 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, usually 1000 ° C. or lower, preferably 800 ° C. or lower) under a flow of an inert gas such as argon. (Preferably 30 minutes or more, usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less) Drying by heating. Next, under a hydrogen gas flow, at a predetermined temperature (usually 100 ° C. or more, preferably 200 ° C. or more, usually 1000 ° C. or less, preferably 900 ° C. or less) for a predetermined time (usually 10 minutes or more, preferably 30 minutes or more, (Normally 50 hours or less, preferably 30 hours or less) By heating, a DMFC catalyst in which Pt is deposited on tungsten carbide is produced. In this reduction process by hydrogen circulation, a predetermined rate (usually 10 ° C./hr or more, preferably 100 ° C. or more, preferably 600 ° C. or less, preferably 400 ° C. or less) from a predetermined temperature (usually room temperature or more, preferably 100 ° C. or more, preferably 400 ° C. or less, preferably 400 ° C. or less, 20 ° C / hr or higher, usually 600 ° C / hr or lower, preferably 400 ° C / hr or lower) to a predetermined temperature (usually 200 ° C or higher, preferably 300 ° C or higher, usually 1000 ° C or lower, preferably 900 ° C or lower). You may heat with temperature. Furthermore, in an inert gas atmosphere having a low oxygen concentration (for example, an oxygen concentration of about 5% by weight or less, especially about 2% by weight or less), a predetermined time (usually several minutes or more, preferably 30 minutes or more, usually 10 hours or less). In particular, a passivation treatment for forming a passivation film can be performed by treating at a predetermined temperature (usually around room temperature) for 5 hours or less. Next, the obtained tungsten carbide to which the other source of the catalyst component is deposited is mixed together with the base in a mortar.
[7]触媒の表面処理
本発明の触媒を水素流通下で加熱して還元処理を行うことにより、触媒活性を更に向上させることができる。これは触媒表面に付着した活性の無い炭素層がCH4等として除去され、活性なWC表面が露出すること等に因る。
[7] Surface treatment of catalyst The catalyst activity can be further improved by heating the catalyst of the present invention under a hydrogen flow to perform a reduction treatment. This is because the inactive carbon layer adhering to the catalyst surface is removed as CH 4 or the like, and the active WC surface is exposed.
流通させる水素は、水素のみで流通させても良いし、アルゴン或いは窒素等の不活性ガスと共に流通させても良い。流通させる水素は通常1mL/min.以上、好ましくは5mL/min.以上、通常500mL/min.以下、好ましくは400mL/min.以下供給するのが好ましい。流通させる水素が上記下限より少ないと、触媒表面に付着した活性の無い炭素層の除去が進行し難くなり、上記上限より高いと反応に供しない水素ガスの量が増えるので当該処理にとっては好ましくない。 Hydrogen to be circulated may be circulated only with hydrogen, or may be circulated together with an inert gas such as argon or nitrogen. The hydrogen to be circulated is usually 1 mL / min. Or more, preferably 5 mL / min. As described above, usually 500 mL / min. Hereinafter, preferably 400 mL / min. It is preferable to supply the following. If the amount of hydrogen to be circulated is less than the above lower limit, removal of the inactive carbon layer attached to the catalyst surface is difficult to proceed, and if it is higher than the above upper limit, the amount of hydrogen gas not subjected to the reaction increases, which is not preferable for the treatment. .
処理温度は、触媒の粒径や、付着した炭素層の性質に依るが、通常100℃以上、好ましくは200℃以上、通常1200℃以下、好ましくは1000℃以下とされる。この処理温度が上記下限より低いと、触媒表面に付着した活性の無い炭素層の除去が進行し難くなり、上記上限より高いと触媒であるWC自体からの炭素の脱離が進行し、触媒活性が低下する。 The treatment temperature depends on the particle size of the catalyst and the nature of the attached carbon layer, but is usually 100 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher, usually 1200 ° C. or lower, preferably 1000 ° C. or lower. When the treatment temperature is lower than the lower limit, removal of the inactive carbon layer attached to the catalyst surface is difficult to proceed, and when the treatment temperature is higher than the upper limit, desorption of carbon from the catalyst WC itself proceeds. Decreases.
処理時間は処理温度によっても異なるが、通常5分以上、好ましくは10分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下とされる。この処理時間が上記下限よりも短いと反応が完全には進行し難くなり、上限より長いと活性の高い触媒が得にくくなる。 The treatment time varies depending on the treatment temperature, but is usually 5 minutes or more, preferably 10 minutes or more, usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less. If this treatment time is shorter than the above lower limit, the reaction is difficult to proceed completely, and if it is longer than the upper limit, it becomes difficult to obtain a highly active catalyst.
また、本発明の触媒を水酸化ナトリウム水溶液やアンモニア水等のアルカリ溶液と接触させることにより、触媒活性を向上させることもできる。これは触媒表面に存在する不活性なWO2層が減少すること等に因る。 Moreover, catalytic activity can also be improved by making the catalyst of this invention contact alkaline solutions, such as sodium hydroxide aqueous solution and ammonia water. This is due to a decrease in the inactive WO 2 layer present on the catalyst surface.
このアルカリ処理は、触媒をアルカリ溶液に投入して還流条件下に保持することにより行うことが好ましく、その処理時間は用いたアルカリの種類等によっても異なるが、通常5分以上、好ましくは10分以上、通常50時間以下、好ましくは30時間以下とされる。この処理時間が上記下限よりも短いと反応が完全には進行し難くなり、上限より長いと活性の高い触媒が得にくくなる。 This alkali treatment is preferably carried out by charging the catalyst into an alkali solution and maintaining it under reflux conditions. The treatment time varies depending on the type of alkali used, but is usually 5 minutes or more, preferably 10 minutes. As described above, it is usually 50 hours or less, preferably 30 hours or less. If this treatment time is shorter than the above lower limit, the reaction is difficult to proceed completely, and if it is longer than the upper limit, it becomes difficult to obtain a highly active catalyst.
更に、上記還元処理と、このアルカリ処理とを組み合わせて行うことにより、前述のメタノール水溶液の酸化反応(1)に対し高い触媒活性を示すに有利なWC成分を触媒表面により一層有効に露出させることができる。 Furthermore, by performing the reduction treatment in combination with the alkali treatment, the WC component advantageous for exhibiting high catalytic activity for the oxidation reaction (1) of the aqueous methanol solution described above can be more effectively exposed to the catalyst surface. Can do.
[DMFC用電極材料及びDMFC]
本発明のDMFC用電極材料は、上記した本発明のDMFC用触媒を含む触媒層を有するものであり、本発明のDMFC用触媒を含む触媒層を、イオン交換膜上、アノード燃料拡散層上、カソードガス拡散層上又は転写用フィルム上に形成してなることを特徴とする。
[DMFC electrode material and DMFC]
The electrode material for DMFC of the present invention has a catalyst layer containing the above-described catalyst for DMFC of the present invention. The catalyst layer containing the catalyst for DMFC of the present invention is placed on an ion exchange membrane, on an anode fuel diffusion layer, It is formed on a cathode gas diffusion layer or a transfer film.
本発明のDMFCとは、前述の如くアノードに燃料としてのメタノール水溶液、カソードに酸化剤(通常は空気)を供給しアノードとカソード間の電位差を電圧として取り出し、負荷に供給する発電装置であり、アノード極とカソード極とその間に挟まれた電解質で構成され、電解質としてイオン交換膜が用いられている。即ち、電解質としてのイオン交換膜の両面に触媒層が形成され、該触媒層の外側にそれぞれアノード燃料拡散層及びカソードガス拡散層が一体に形成されてなる電解質膜/電極接合体が用いられる。電解質膜/電極接合体はその拡散層側に隔壁板が配置され、この隔壁板、電解質膜/電極接合体及び隔壁板からなる単位セルが、用途に応じた所望の電圧になるまで複数積層してDMFCスタックを形成する。通常、単位セルが数セルから数百セル積層されて、DMFCスタックを形成する。 The DMFC of the present invention is a power generator that supplies an aqueous methanol solution as a fuel to the anode as described above, supplies an oxidant (usually air) to the cathode, extracts a potential difference between the anode and the cathode as a voltage, and supplies it to a load. It consists of an anode and a cathode and an electrolyte sandwiched between them, and an ion exchange membrane is used as the electrolyte. That is, an electrolyte membrane / electrode assembly is used in which a catalyst layer is formed on both surfaces of an ion exchange membrane as an electrolyte, and an anode fuel diffusion layer and a cathode gas diffusion layer are integrally formed on the outside of the catalyst layer. The electrolyte membrane / electrode assembly is provided with a partition plate on the diffusion layer side, and a plurality of unit cells including the partition plate, the electrolyte membrane / electrode assembly, and the partition plate are stacked until a desired voltage is obtained according to the application. To form a DMFC stack. Usually, several to hundreds of unit cells are stacked to form a DMFC stack.
本発明のDMFCにおいては、この電解質膜/電極接合体の触媒層を形成する触媒として、前述の本発明のDMFC用触媒を用いる。本発明のDMFC用触媒は、アノード極の触媒としてもカソード極の触媒としても用いることができる。 In the DMFC of the present invention, the aforementioned DMFC catalyst of the present invention is used as a catalyst for forming the catalyst layer of the electrolyte membrane / electrode assembly. The DMFC catalyst of the present invention can be used as an anode electrode catalyst or a cathode electrode catalyst.
電解質としてのイオン交換膜は、カチオン交換能があれば良いが、実用上、DMFCの使用温度である80〜100℃程度での酸化還元雰囲気に長期に耐えることが望まれることから、パーフルオロアルキルスルホン酸樹脂がもっぱら用いられている。具体的には、ナフィオン(デュポン社製登録商標)、フレミオン(旭硝子社製登録商標)、Aciplex(旭化成社製登録商標)等のパーフルオロアルキルスルホン酸樹脂膜が挙げられる。 An ion exchange membrane as an electrolyte may have a cation exchange capacity, but it is practically desired to withstand an oxidation-reduction atmosphere at a temperature of about 80 to 100 ° C., which is the use temperature of DMFC. Sulfonic acid resins are exclusively used. Specific examples include perfluoroalkylsulfonic acid resin membranes such as Nafion (registered trademark manufactured by DuPont), Flemion (registered trademark manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.), and Aciplex (registered trademark manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.).
イオン交換膜の厚みとしては、10μm程度以上、数100μm程度以下のものが用いられるが、電気抵抗を下げるためにはより薄くすることが望ましい。ナフィオンを例に取ると、厚み120μm程度のナフィオン115がよく使用されるが、補強材を入れて30〜50μmの電解質が開発され始めており、これらのものも同様に用いることができる。 As the thickness of the ion exchange membrane, a thickness of about 10 μm or more and about several 100 μm or less is used, but it is desirable to make the thickness thinner in order to lower the electric resistance. Taking Nafion as an example, Nafion 115 having a thickness of about 120 μm is often used. However, an electrolyte having a thickness of 30 to 50 μm has begun to be developed, and these can be used in the same manner.
拡散層の構成材料としては、アノードではメタノール水溶液、カソードでは空気を供給すると共に、発生した電圧を取り出すための集電体としての機能も併せ持つものであるため、優れた電子伝導体でかつメタノール水溶液と空気の双方が通流し、かつ使用雰囲気に耐える材料が選択される。アノード燃料拡散層及びカソードガス拡散層を構成する材料としては、厚みが、通常100〜500μm、好ましくは100〜200μm程度の、カーボンペーパー、カーボンクロス等のカーボン多孔体が用いられる。 As the constituent material of the diffusion layer, the anode has a methanol aqueous solution, the cathode supplies air, and also has a function as a current collector for taking out the generated voltage. A material is selected that allows both air and air to flow and withstands the working atmosphere. As a material constituting the anode fuel diffusion layer and the cathode gas diffusion layer, a carbon porous body such as carbon paper or carbon cloth having a thickness of usually about 100 to 500 μm, preferably about 100 to 200 μm is used.
電解質膜/電極接合体をDMFCに用いる際には、その背後にメタノール水溶液と空気が混合しないように、通常、カーボン、場合によってはステンレス、チタン等の材料でできた隔壁板が配置されるが、この隔壁板には、メタノール水溶液と空気の均一かつ安定供給を目的とした溝を形成したものを用いることが一般的である。 When the electrolyte membrane / electrode assembly is used for DMFC, a partition plate made of a material such as carbon, or in some cases, stainless steel or titanium is usually disposed behind the aqueous methanol solution and air so that the aqueous methanol solution and air are not mixed behind it. In general, the partition plate is formed with grooves for the purpose of uniform and stable supply of an aqueous methanol solution and air.
本発明のDMFC用触媒を用いて触媒層を形成することにより、DMFCの電解質膜/電極接合体を作製する方法としては特に制限はないが、例えば次のような方法が挙げられる。 The method for producing an electrolyte membrane / electrode assembly of DMFC by forming a catalyst layer using the DMFC catalyst of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include the following methods.
カソード側触媒層及びアノード側触媒層を作製する方法については、特に制限はないが、例えば、下記のようにして作製できる。まず、炭化タングステンを基体に被着させてなる本発明のDMFC用触媒を、適当な容器に入れ、アルコール、水等の媒体に分散させ触媒スラリーを調製する。この際に分散を良好に進行させるために、超音波振動をかける方がより好ましい。この触媒スラリー中の本発明のDMFC用触媒濃度は、所望の分散性を得るために、1〜50g/L程度であるのが好ましい。また、撥水性を付与する、触媒層の剥離を防止する等の目的でポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のバインダーをスラリー中に3〜30重量%程度の範囲で加えることも可能である。また、内容物を凝集させて、ペースト化する場合、エタノール、イソプロピルアルコールといった炭素数2〜5、好ましくは炭素数2〜4程度のアルコールを水に対して0.25〜1.0の比になるように加えて凝集させることもできる。 Although there is no restriction | limiting in particular about the method of producing a cathode side catalyst layer and an anode side catalyst layer, For example, it can produce as follows. First, the DMFC catalyst of the present invention formed by depositing tungsten carbide on a substrate is placed in a suitable container and dispersed in a medium such as alcohol or water to prepare a catalyst slurry. At this time, it is more preferable to apply ultrasonic vibration in order to promote the dispersion well. In order to obtain a desired dispersibility, the catalyst concentration for DMFC of the present invention in the catalyst slurry is preferably about 1 to 50 g / L. In addition, a binder such as polytetrafluoroethylene (PTFE) can be added to the slurry in the range of about 3 to 30% by weight for the purpose of imparting water repellency and preventing peeling of the catalyst layer. When the contents are agglomerated and made into a paste, alcohol having 2 to 5 carbon atoms, preferably about 2 to 4 carbon atoms such as ethanol and isopropyl alcohol, is used in a ratio of 0.25 to 1.0 with respect to water. In addition, it can be aggregated.
このようにして得られる触媒スラリーを層状に乾燥させて電解質膜/電極接合体のカソード側触媒層及びアノード側触媒層を形成すれば良いが、その方法としては、例えば、触媒層をイオン交換膜上に形成してからアノード燃料拡散層及びカソードガス拡散層と積層する方法と、触媒層をアノード燃料拡散層及びカソードガス拡散層上に形成してからイオン交換膜と積層する方法が挙げられる。 The catalyst slurry thus obtained may be dried in layers to form the cathode side catalyst layer and the anode side catalyst layer of the electrolyte membrane / electrode assembly. As the method, for example, the catalyst layer may be an ion exchange membrane. Examples thereof include a method in which the anode fuel diffusion layer and the cathode gas diffusion layer are laminated after being formed thereon, and a method in which the catalyst layer is formed on the anode fuel diffusion layer and the cathode gas diffusion layer and then laminated with the ion exchange membrane.
カソード側触媒層及びアノード側触媒層は具体的には、それぞれ次のような方法でイオン交換膜上、アノード燃料拡散層上又はカソードガス拡散層上に形成される。
(1) 用いるイオン交換膜に前記触媒スラリーを吹き付けて乾燥する。
(2) カーボンペーパー等の拡散層材に前記触媒スラリーを吹き付けて乾燥する。
(3) テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)フィルム等の転写用フィルム材上に触媒スラリーを吹き付けて(展開処理)乾燥し、転写用フィルム面と反対側の面をナフィオン等の所望のイオン交換膜上に適宜圧接して触媒層を転写する。
(4) (3)におけると同様に、FEPフィルム上に触媒スラリーを展開処理した後、スラリー上にカーボンペーパー等の拡散層材を被せて乾燥する。
Specifically, the cathode side catalyst layer and the anode side catalyst layer are respectively formed on the ion exchange membrane, the anode fuel diffusion layer, or the cathode gas diffusion layer by the following methods.
(1) The catalyst slurry is sprayed onto the ion exchange membrane to be used and dried.
(2) The catalyst slurry is sprayed onto a diffusion layer material such as carbon paper and dried.
(3) The catalyst slurry is sprayed onto a transfer film material such as a tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP) film (development treatment) and dried, and the surface opposite to the transfer film surface is made of Nafion, etc. The catalyst layer is transferred onto the desired ion exchange membrane by appropriately pressing.
(4) As in (3), after spreading the catalyst slurry on the FEP film, the slurry is covered with a diffusion layer material such as carbon paper and dried.
カソード側触媒層及び/又はアノード側触媒層は共に、炭化タングステン付着量(目付量)として、通常0.01mg/cm2以上、好ましくは0.1mg/cm2以上で、通常20mg/cm2以下、好ましくは5mg/cm2以下程度の量となるように形成するのが好ましい。この炭化タングステン付着量が上記下限よりも少ないと充分な触媒活性を得ることができず、上記上限よりも多いと電解質膜/電極接合体が形成し難くなる。 Both the cathode-side catalyst layer and / or the anode-side catalyst layer are typically 0.01 mg / cm 2 or more, preferably 0.1 mg / cm 2 or more, and usually 20 mg / cm 2 or less, as tungsten carbide adhesion amount (weight per unit area). Preferably, it is formed so as to have an amount of about 5 mg / cm 2 or less. If the tungsten carbide adhesion amount is less than the above lower limit, sufficient catalytic activity cannot be obtained, and if it exceeds the upper limit, it is difficult to form an electrolyte membrane / electrode assembly.
上記カソード側触媒層及びアノード側触媒層の各形成工程後、予備的な加圧成形を適宜行った後、最終的な電解質膜/電極接合体、即ち、イオン交換膜の片側の面に上記したカソード側触媒層が形成され、該イオン交換膜の反対側の面に、アノード側触媒層を、更に、両触媒層の外側にそれぞれアノード及びカソードを構成するアノード燃料拡散層とカソードガス拡散層が積層されるように、プレス機を用いて加圧加熱成形(本成形)して、電解質膜/電極接合体が作製される。 After each forming step of the cathode side catalyst layer and the anode side catalyst layer, preliminary pressure molding is appropriately performed, and then the final electrolyte membrane / electrode assembly, that is, the surface on one side of the ion exchange membrane is described above. A cathode side catalyst layer is formed, an anode side catalyst layer is formed on the opposite side of the ion exchange membrane, and an anode fuel diffusion layer and a cathode gas diffusion layer constituting the anode and the cathode are respectively formed on the outside of both catalyst layers. An electrolyte membrane / electrode assembly is produced by press-heating (main molding) using a press so as to be laminated.
なお、予備的な加圧成形の条件としては、触媒層の崩壊を防げる範囲で、後に行う本成形の条件より温度、圧力は低く、時間は短く設定するのが好ましい。それは、触媒粒子、各拡散層用多孔体の圧縮破壊を起こさないためである。 In addition, as conditions for preliminary pressure molding, it is preferable to set the temperature and pressure lower and the time shorter than the conditions of the main molding to be performed later within the range in which the collapse of the catalyst layer can be prevented. This is because the catalyst particles and the porous body for each diffusion layer do not cause compressive fracture.
本発明のDMFCを用いたDMFCシステムは、電気化学反応により起電力を得るDMFCスタックと、酸素含有ガスとして圧縮空気を供給するコンプレッサの他、燃料であるメタノール水溶液容器を備える。メタノール水溶液は送液ポンプによりDMFCスタックのアノード極に送られる。また、メタノール水溶液は予め蒸発器により昇温・気化させてからアノード極に供給しても良い。他にDMFCスタックにおいて発電に利用されなかったメタノール水溶液は回収し、メタノール水溶液容器に戻しても良い。メタノール水溶液の回収は、必要に応じて気液分離器を用いて行っても良い。 The DMFC system using the DMFC of the present invention includes a DMFC stack that obtains an electromotive force by an electrochemical reaction, a compressor that supplies compressed air as an oxygen-containing gas, and a methanol aqueous solution container as a fuel. The aqueous methanol solution is sent to the anode electrode of the DMFC stack by a feed pump. The aqueous methanol solution may be supplied to the anode electrode after being heated and vaporized by an evaporator in advance. In addition, a methanol aqueous solution that has not been used for power generation in the DMFC stack may be collected and returned to the methanol aqueous solution container. The methanol aqueous solution may be collected using a gas-liquid separator as necessary.
次に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Next, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited by a following example, unless the summary is exceeded.
なお、以下の実施例及び比較例において、作製したアノード電極の性能(触媒活性)は、下記のサイクリックボルタンメトリー(CV)測定により行った。 In the following examples and comparative examples, the performance (catalytic activity) of the produced anode electrode was measured by the following cyclic voltammetry (CV) measurement.
[CV測定]
サイクリックボルタンメトリー(CV)測定は、電解槽に密封性を保ち得る栓を用い、電解液中に窒素をバブリングしつつ、メタノール(CH3OH)は供給律速になっていない条件で行った。測定条件は以下の通りである。
電解液:2.0M CH3OH、1.0M H2SO4水溶液
走査速度:10mV/秒
走査範囲:100〜800mV
カウンター電極:Pt
比較電極:標準水素電極(SHE)
[CV measurement]
Cyclic voltammetry (CV) measurement was performed under the condition that methanol (CH 3 OH) was not rate-controlled while bubbling nitrogen into the electrolytic solution using a stopper capable of keeping hermeticity in the electrolytic cell. The measurement conditions are as follows.
Electrolytic solution: 2.0 M CH 3 OH, 1.0 M H 2 SO 4 aqueous solution Scanning speed: 10 mV / sec Scanning range: 100 to 800 mV
Counter electrode: Pt
Reference electrode: Standard hydrogen electrode (SHE)
電極の電位を標準水素電極に対して貴にすると、作用電極とPt対極の間に
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e−
による水素の酸化電流が流れるのが認められる。貴の方向に走査した際、700mV(SHE基準)の時に流れる電流値を測定し、測定された電流値を触媒に含まれるPtとWCの総重量(1g)当たりの電流値に換算したもので触媒活性を評価した。
If the potential of the electrode is made noble with respect to the standard hydrogen electrode, CH 3 OH + H 2 O → CO 2 + 6H + + 6e − between the working electrode and the Pt counter electrode.
It is recognized that the hydrogen oxidation current due to. When scanning in your direction, measure the current value that flows at 700 mV (SHE standard), and convert the measured current value to the current value per total weight (1 g) of Pt and WC contained in the catalyst. The catalytic activity was evaluated.
[実施例1]
<WCの合成>
キシダ化学製WCl4 0.7gを石英製焼成管に入れ、NH3ガス30ml/min.の 気流下、300〜630℃まで5hrかけて66℃/hrの昇温速度で昇温し、更に630℃で0.5hr保持して還元、窒化してW2Nの黒色粉末を得た。このようにして得られたW2N 1.0gを石英製焼成管に入れ、CH4/H2(混合比2/8)の混合ガスの70ml/min.の気流下、777℃で7hr還元、炭化してα−WCの黒色粉末を得た。室温に冷却後、アルゴンガスに焼成管内を置換後2%O2−98%N2混合ガスで1.5hr不動態化して空気中に取り出した。
[Example 1]
<Synthesis of WC>
0.7 g of WCl 4 manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. was put in a quartz baking tube and NH 3 gas 30 ml / min. Then, the temperature was increased from 300 to 630 ° C. over 5 hours at a temperature increase rate of 66 ° C./hr, and further maintained at 630 ° C. for 0.5 hr for reduction and nitriding to obtain a W 2 N black powder. 1.0 g of W 2 N thus obtained was put in a quartz tube, and 70 ml / min. Of a mixed gas of CH 4 / H 2 (mixing ratio 2/8). Then, the mixture was reduced and carbonized at 777 ° C. for 7 hours to obtain an α-WC black powder. After cooling to room temperature, the inside of the firing tube was replaced with argon gas, and then the mixture was passivated with 2% O 2 -98% N 2 mixed gas for 1.5 hr and taken out into the air.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.551゜、35.744゜、48.200゜、64.639゜にピークを与えた)。また、48.200゜のピークの半値幅は1.852゜であった。 This compound was confirmed by XRD analysis to have an α-WC structure (the values of 2θ gave peaks at 31.551 °, 35.744 °, 48.200 °, and 64.639 °). . The half width of the 48.200 ° peak was 1.852 °.
<Pt−WCの合成>
上記合成方法で得られたWC 0.2gに、NEケムキャト製H2PtCl4 0.85gを10mlの脱塩水に溶解して調製した触媒液を1ml及び5mlの脱塩水を加え一昼夜放置した後、エバポレータで水を除去した。乾固物をアルゴン気流下200℃で、3hr乾燥した。室温に冷却後、アルゴンから水素に切り替え350℃で1.5hr還元した。室温に冷却後、アルゴンガスに焼成管内を置換後2%O2−98%N2混合ガスで1.5hr不動態化して空気中に取り出した。
<Synthesis of Pt-WC>
A catalyst solution prepared by dissolving 0.85 g of H 2 PtCl 4 manufactured by NE Chemcat in 10 ml of demineralized water was added to 0.2 g of WC obtained by the above synthesis method, and 1 ml and 5 ml of demineralized water were added and left overnight. Water was removed with an evaporator. The dried product was dried at 200 ° C. under an argon stream for 3 hours. After cooling to room temperature, it was switched from argon to hydrogen and reduced at 350 ° C. for 1.5 hr. After cooling to room temperature, the inside of the firing tube was replaced with argon gas, and then the mixture was passivated with 2% O 2 -98% N 2 mixed gas for 1.5 hr and taken out into the air.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.598゜、35.598゜、39.758゜(Pt)、46.352°(Pt)、48.051°、64.798゜、67.598°(Pt)にピークを与えた)。また、48.051゜のピークの半値幅は1.892゜であった。
なお、PtとWCとの割合は原料仕込み量よりPt10重量%、WC90重量%であった。
This compound was confirmed by XRD analysis to have an α-WC structure (values of 2θ were 31.598 °, 35.598 °, 39.758 ° (Pt), 46.352 ° (Pt). , 48.051 °, 64.798 °, 67.598 ° (Pt). The half width of the peak at 48.051 ° was 1.892 °.
The ratio of Pt to WC was 10% by weight of Pt and 90% by weight of WC based on the raw material charge.
<アノード電極の作成>
上記合成方法で得られたPtを被着したα−WC粉末10mgとカーボンブラック(VULCAN XC−72R(Cabot社製、比表面積(BET)254m2/g))90mgとを乳鉢で混合し、その42.41mgをエタノール5mLに混合し、超音波洗浄器で充分撹拌した後、マイクロシリンジで、炭化タングステン付着量(目付量。以下「α−WC担持量」という。)α−WCが0.03mg/cm2となるように作用電極であるグラッシーカーボン電極に滴下し、放置により乾燥した。次に、デュポン社のナフィオン膜を溶媒に溶解した市販のナフィオン液を滴下し、放置により乾燥し、その後更に真空下で乾燥することによりアノード電極とした。
このアノード電極についてCV測定を行い、触媒活性の評価結果を表1に示した。
また、XRDの半値幅より算出したWCとPtの平均粒径もあわせて示す。
<Creation of anode electrode>
10 mg of α-WC powder coated with Pt obtained by the above synthesis method and 90 mg of carbon black (VULCAN XC-72R (manufactured by Cabot, specific surface area (BET) 254 m 2 / g)) are mixed in a mortar, and After 42.41 mg was mixed with 5 mL of ethanol and sufficiently stirred with an ultrasonic cleaner, the amount of tungsten carbide deposited (weight per unit, hereinafter referred to as “α-WC carrying amount”) was 0.03 mg with a microsyringe. The solution was dropped onto a glassy carbon electrode as a working electrode so as to be / cm 2 and dried by being left standing. Next, a commercially available Nafion solution in which a Nafion membrane manufactured by DuPont was dissolved in a solvent was dropped, dried by standing, and then further dried under vacuum to obtain an anode electrode.
CV measurement was performed on this anode electrode, and the evaluation results of catalyst activity are shown in Table 1.
The average particle diameters of WC and Pt calculated from the half width of XRD are also shown.
[実施例2]
<WCの合成>
キシダ化学製WO3 1.0gを石英製焼成管に入れ、NH3ガス30ml/min.の 気流下、300〜630℃まで7hrかけて49℃/hrの昇温速度で昇温し、更に630℃で0.5hr保持して還元、窒化してW2Nの黒色粉末を得た。このようにして得られたW2N1.0gを石英製焼成管に入れ、CH4/H2(混合比2/8)の混合ガスの70ml/min.の気流下、777℃で6hr還元、炭化してα−WCの黒色粉末を得た。室温に冷却後、アルゴンガスに焼成管内を置換後2%O2−98%N2混合ガスで1.5hr不動態化して空気中に取り出した。
[Example 2]
<Synthesis of WC>
1.0 g WO 3 manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. was put in a quartz tube and NH 3 gas 30 ml / min. Then, the temperature was increased from 300 to 630 ° C. over 7 hours at a temperature increase rate of 49 ° C./hr, and further maintained at 630 ° C. for 0.5 hr for reduction and nitriding to obtain a W 2 N black powder. 1.0 g of W 2 N thus obtained was put in a quartz tube, and 70 ml / min. Of a mixed gas of CH 4 / H 2 (mixing ratio 2/8). Was reduced and carbonized at 777 ° C. for 6 hours to obtain an α-WC black powder. After cooling to room temperature, the inside of the firing tube was replaced with argon gas, and then the mixture was passivated with 2% O 2 -98% N 2 mixed gas for 1.5 hr and taken out into the air.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.649゜、35.801゜、48.251゜、65.598゜にピークを与えた)。また、48.251゜のピークの半値幅は1.888゜であった。 This compound was confirmed by XRD analysis to have an α-WC structure (2θ values peaked at 31.649 °, 35.801 °, 48.251 °, and 65.598 °). . The half width of the 48.251 ° peak was 1.888 °.
<Pt−WCの合成>
実施例1で合成されたα−WCの代わりに、上記合成方法で得られたα−WCを用いた他は、実施例1と同様な方法によりPtを被着したα−WCを得た。
<Synthesis of Pt-WC>
Instead of α-WC synthesized in Example 1, α-WC obtained by depositing Pt was obtained in the same manner as in Example 1 except that α-WC obtained by the above synthesis method was used.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.502゜、35.750゜、39.801゜(Pt)、46.349°(Pt)、48.204°、65.251゜、67.511°(Pt)にピークを与えた)。また、48.204゜のピークの半値幅は1.800゜であった。 This compound was confirmed by XRD analysis to have an α-WC structure (values of 2θ were 31.502 °, 35.750 °, 39.801 ° (Pt), 46.349 ° (Pt). 48.204 °, 65.251 ° and 67.511 ° (Pt). The half width of the 48.204 ° peak was 1.800 °.
<アノード電極の作成>
実施例1において用いたPtが被着したα−WCの代わりに、上記合成方法で得られたPtを被着したα−WCを用いた他は、実施例1と同様な方法により、電極へのPtが被着したα−WC担持量が0.03mg/cm2となるようにアノード電極を作成し、同様に評価を行って結果を表1に示した。また、同様に算出したWCとPtの平均粒径もあわせて示す。
<Creation of anode electrode>
In place of α-WC coated with Pt used in Example 1, α-WC coated with Pt obtained by the above synthesis method was used in the same manner as in Example 1 to the electrode. An anode electrode was prepared so that the amount of α-WC supported by the Pt was 0.03 mg / cm 2 , evaluated in the same manner, and the results are shown in Table 1. The average particle diameters of WC and Pt calculated in the same manner are also shown.
[実施例3]
<WCの合成>
ガラス製コルベにアルドリッチ製W(CO)6 4.22g、キシダ製S 0.832g、溶媒としてキシレン80mlを入れ、撹拌しながら4時間還流したところ、黒色の粒子が沈殿してきた。反応終了後、沈殿物を濾過により採取し、更に未反応のW(CO)6を除くために沈殿物を60mlのCH3CNで2時間還流した後、熱濾過を行った。得られた沈殿物を最終的にアルゴン気流下、350℃で3時間加熱処理を行い、WS2を取得した。このようにして得られたWS2 0.5gを石英製焼成管に入れ、CH4/H2(混合比2/8)の混合ガスの70ml/min.の気流下、900℃で7hr還元、炭化してα−WCの黒色粉末を得た。室温に冷却後、アルゴンガスに焼成管内を置換後2%O2−98%N2混合ガスで1.5hr不動態化して空気中に取り出した。
[Example 3]
<Synthesis of WC>
When Aldrich W (CO) 6 4.22 g, Kishida S 0.832 g and xylene 80 ml were placed in a glass Kolbe and refluxed for 4 hours with stirring, black particles were precipitated. After completion of the reaction, the precipitate was collected by filtration. Further, in order to remove unreacted W (CO) 6 , the precipitate was refluxed with 60 ml of CH 3 CN for 2 hours, followed by hot filtration. The obtained precipitate was finally heat-treated at 350 ° C. for 3 hours under an argon stream to obtain WS 2 . 0.5 g of WS 2 obtained in this way was put in a quartz firing tube, and 70 ml / min. Of a mixed gas of CH 4 / H 2 (mixing ratio 2/8). The carbon was reduced and carbonized at 900 ° C. for 7 hours under an air current of α to obtain a black powder of α-WC. After cooling to room temperature, the inside of the firing tube was replaced with argon gas, and then the mixture was passivated with 2% O 2 -98% N 2 mixed gas for 1.5 hr and taken out into the air.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.500゜、35.501゜、48.200゜、63.849゜にピークを与えた)。また、48.200゜のピークの半値幅は1.912゜であった。 This compound was confirmed by XRD analysis to have an α-WC structure (2θ values were peaks at 31.500 °, 35.501 °, 48.200 °, 63.849 °). . The half width of the peak at 48.200 ° was 1.912 °.
<Pt−WCの合成>
実施例1で合成されたα−WCの代わりに、上記合成方法で得られたα−WCを用いた他は、実施例1と同様な方法によりPtを被着したα−WCを得た。
<Synthesis of Pt-WC>
Instead of α-WC synthesized in Example 1, α-WC obtained by depositing Pt was obtained in the same manner as in Example 1 except that α-WC obtained by the above synthesis method was used.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.551゜、35.452゜、39.899゜(Pt)、46.400°(Pt)、48.150°、63.703゜、67.555°(Pt)にピークを与えた)。また、48.150゜のピークの半値幅は2.105゜であった。 This compound was confirmed by XRD analysis to have an α-WC structure (values of 2θ were 31.551 °, 35.452 °, 39.899 ° (Pt), 46.400 ° (Pt). 48.150 °, 63.703 °, and 67.555 ° (Pt)). The half width of the peak at 48.150 ° was 2.105 °.
<アノード電極の作成>
実施例1において用いたPtが被着したα−WCの代わりに、上記合成方法で得られたPtを被着したα−WCを用いた他は、実施例1と同様な方法により、電極へのPtが被着したα−WC担持量が0.03mg/cm2となるようにアノード電極を作成し、同様に評価を行って結果を表1に示した。また、同様に算出したWCとPtの平均粒径もあわせて示す。
<Creation of anode electrode>
In place of α-WC coated with Pt used in Example 1, α-WC coated with Pt obtained by the above synthesis method was used in the same manner as in Example 1 to the electrode. An anode electrode was prepared so that the amount of α-WC supported by the Pt was 0.03 mg / cm 2 , evaluated in the same manner, and the results are shown in Table 1. The average particle diameters of WC and Pt calculated in the same manner are also shown.
[実施例4]
<WCの合成>
キシダ化学製のWO3 1.0gを石英製焼成管に入れ、アルゴン80ml/min.、H2 20ml/min.、H2S 20ml/min.の気流下、昇温して850℃で2.0hr処理した。このようにして得られたWS2 0.3gを石英製焼成管に入れ、CH4/H2(混合比2/8)の混合ガスの70ml/min.の気流下、850℃で15hr還元、炭化してα−WCの黒色粉末を得た。室温に冷却後、アルゴンガスに焼成管内を置換後2%O2−98%N2混合ガスで1.5hr不動態化して空気中に取り出した。
[Example 4]
<Synthesis of WC>
1.0 g WO 3 manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. was placed in a quartz firing tube, and argon 80 ml / min. H 2 20 ml / min. H 2 S 20 ml / min. Then, the temperature was raised and treated at 850 ° C. for 2.0 hours. 0.3 g of WS 2 obtained in this way was put in a quartz-made calcining tube, and a mixed gas of CH 4 / H 2 (mixing ratio 2/8) was 70 ml / min. Was reduced and carbonized at 850 ° C. for 15 hours to obtain an α-WC black powder. After cooling to room temperature, the inside of the firing tube was replaced with argon gas, and then the mixture was passivated with 2% O 2 -98% N 2 mixed gas for 1.5 hr and taken out into the air.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.351゜、35.402゜、48.252゜、63.652゜にピークを与えた)。また、48.252゜のピークの半値幅は1.970゜であった。 This compound was confirmed by XRD analysis to have an α-WC structure (values of 2θ gave peaks at 31.351 °, 35.402 °, 48.252 °, 63.652 °). . The half width of the 48.252 ° peak was 1.970 °.
<Pt−WCの合成>
実施例1で合成されたα−WCの代わりに、上記合成方法で得られたα−WCを用いた他は、実施例1と同様な方法によりPtを被着したα−WCを得た。
<Synthesis of Pt-WC>
Instead of α-WC synthesized in Example 1, α-WC obtained by depositing Pt was obtained in the same manner as in Example 1 except that α-WC obtained by the above synthesis method was used.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.447゜、35.499゜、39.803゜(Pt)、46.306°(Pt)、48.101°、63.601゜、67.760°(Pt)にピークを与えた)。また、48.101゜のピークの半値幅は1.931゜であった。 This compound was confirmed by XRD analysis to have an α-WC structure (values of 2θ were 31.447 °, 35.499 °, 39.803 ° (Pt), 46.306 ° (Pt). , 48.101 °, 63.601 °, 67.760 ° (Pt). The half width of the peak at 48.101 ° was 1.931 °.
<アノード電極の作成>
実施例1において用いたPtが被着したα−WCの代わりに、上記合成方法で得られたPtを被着したα−WCを用いた他は、実施例1と同様な方法により、電極へのPtが被着したα−WC担持量が0.03mg/cm2となるようにアノード電極を作成し、同様に評価を行って結果を表1に示した。また、同様に算出したWCとPtの平均粒径もあわせて示す。
<Creation of anode electrode>
In place of α-WC coated with Pt used in Example 1, α-WC coated with Pt obtained by the above synthesis method was used in the same manner as in Example 1 to the electrode. An anode electrode was prepared so that the amount of α-WC supported by the Pt was 0.03 mg / cm 2 , evaluated in the same manner, and the results are shown in Table 1. The average particle diameters of WC and Pt calculated in the same manner are also shown.
[実施例5]
<WCの合成>
アルドリッチ社製のWO3 0.6g(nanopowder、カタログ番号55,008−6)を石英製焼成管に入れ、アルゴン80ml/min.、H2S 20ml/min.の気流下、昇温して820℃で2.0hr焼成した。このようにして得られたWS2 0.3gを石英製焼成管に入れ、CH4/H2(混合比2/8)の混合ガスの70ml/min.の気流下、840℃で15hr還元、炭化してα−WCの黒色粉末を得た。室温に冷却後、アルゴンガスに焼成管内を置換後2%O2−98%N2混合ガスで1.5hr不動態化して空気中に取り出した。
[Example 5]
<Synthesis of WC>
0.6 g (nanopowder, catalog number 55,008-6) of WO 3 manufactured by Aldrich was put in a quartz baking tube, and argon 80 ml / min. H 2 S 20 ml / min. Then, the temperature was raised and baked at 820 ° C. for 2.0 hours. 0.3 g of WS 2 obtained in this way was put in a quartz-made calcining tube, and a mixed gas of CH 4 / H 2 (mixing ratio 2/8) was 70 ml / min. Was reduced and carbonized at 840 ° C. for 15 hours to obtain an α-WC black powder. After cooling to room temperature, the inside of the firing tube was replaced with argon gas, and then the mixture was passivated with 2% O 2 -98% N 2 mixed gas for 1.5 hr and taken out into the air.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.449゜、35.502゜、48.250゜、63.851゜にピークを与えた)。また、48.250゜のピークの半値幅は1.773゜であった。 This compound was confirmed to have an α-WC structure by XRD analysis (the values of 2θ gave peaks at 31.449 °, 35.502 °, 48.250 ° and 63.851 °). . The half width of the peak at 48.250 ° was 1.773 °.
<Pt−WCの合成>
実施例1で合成されたα−WCの代わりに、上記合成方法で得られたα−WCを用いた他は、実施例1と同様な方法によりPtを被着したα−WCを得た。
<Synthesis of Pt-WC>
Instead of α-WC synthesized in Example 1, α-WC obtained by depositing Pt was obtained in the same manner as in Example 1 except that α-WC obtained by the above synthesis method was used.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.793゜、35.500゜、39.797゜(Pt)、46.354°(Pt)、48.150°、63.559゜、67.502°(Pt)にピークを与えた)。また、48.150゜のピークの半値幅は1.970゜であった。 This compound was confirmed by XRD analysis to have an α-WC structure (values of 2θ were 31.793 °, 35.500 °, 39.797 ° (Pt), 46.354 ° (Pt) 48.150 °, 63.559 °, and 67.502 ° (Pt). The half width of the peak at 48.150 ° was 1.970 °.
<アノード電極の作成>
実施例1において用いたPtが被着したα−WCの代わりに、上記合成方法で得られたPtを被着したα−WCを用いた他は、実施例1と同様な方法により、電極へのPtが被着したα−WC担持量が0.03mg/cm2となるようにアノード電極を作成し、同様に評価を行って結果を表1に示した。また、同様に算出したWCとPtの平均粒径もあわせて示す。
<Creation of anode electrode>
In place of α-WC coated with Pt used in Example 1, α-WC coated with Pt obtained by the above synthesis method was used in the same manner as in Example 1 to the electrode. An anode electrode was prepared so that the amount of α-WC supported by the Pt was 0.03 mg / cm 2 , evaluated in the same manner, and the results are shown in Table 1. The average particle diameters of WC and Pt calculated in the same manner are also shown.
[実施例6]
<WCの合成>
(NH4)2WS4(アルドリッチ製)0.7gを石英製焼成管に入れ、チオフェンを充填したガラス反応管に25ml/min.のH2をバブルしながら、チオフェンを同伴させて石英管にH2を導入しながら600℃、0.5hr反応させた。得られたWS2を石英焼成管に入れ、CH4/H2(2/8)のガス70ml/min.気流中、840℃で30hr還元、炭化してα−WCの黒色粉末を得た。室温に冷却後、アルゴンガスに焼成管内を置換後2%O2−98%N2混合ガスで1.5hr不動態化して空気中に取り出した。
[Example 6]
<Synthesis of WC>
(NH 4 ) 2 WS 4 (manufactured by Aldrich) 0.7 g was put in a quartz baking tube, and 25 ml / min. In a glass reaction tube filled with thiophene. While the H 2 was bubbled, 600 ° C. with H 2 introduced into the quartz tube by entraining thiophene was 0.5hr reaction. The obtained WS 2 was put into a quartz fired tube, and a CH 4 / H 2 (2/8) gas of 70 ml / min. In an air stream, reduction and carbonization were performed at 840 ° C. for 30 hours to obtain an α-WC black powder. After cooling to room temperature, the inside of the firing tube was replaced with argon gas, and then the mixture was passivated with 2% O 2 -98% N 2 mixed gas for 1.5 hr and taken out into the air.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.500゜、35.501゜、48.101゜、64.001゜にピークを与えた)。また、48.101゜のピークの半値幅は1.773゜であった。 This compound was confirmed by XRD analysis to have an α-WC structure (2θ values were peaks at 31.500 °, 35.501 °, 48.101 °, and 64.001 °). . The half width of the peak at 48.101 ° was 1.773 °.
<Pt−WCの合成>
実施例1で合成されたα−WCの代わりに、上記合成方法で得られたα−WCを用いた他は、実施例1と同様な方法によりPtを被着したα−WCを得た。
<Synthesis of Pt-WC>
Instead of α-WC synthesized in Example 1, α-WC obtained by depositing Pt was obtained in the same manner as in Example 1 except that α-WC obtained by the above synthesis method was used.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.364゜、35.599゜、39.801゜(Pt)、46.199°(Pt)、48.152°、64.046゜、67.557°(Pt)にピークを与えた)。また、48.152゜のピークの半値幅は2.488゜であった。 This compound was confirmed by XRD analysis to have an α-WC structure (values of 2θ were 31.364 °, 35.599 °, 39.801 ° (Pt), 46.199 ° (Pt). 48.152 °, 64.046 ° and 67.557 ° (Pt). The half width of the 48.152 ° peak was 2.488 °.
<アノード電極の作成>
実施例1において用いたPtが被着したα−WCの代わりに、上記合成方法で得られたPtを被着したα−WCを用いた他は、実施例1と同様な方法により、電極へのPtが被着したα−WC担持量が0.03mg/cm2となるようにアノード電極を作成し、同様に評価を行って結果を表1に示した。また、同様に算出したWCとPtの平均粒径もあわせて示す。
<Creation of anode electrode>
In place of α-WC coated with Pt used in Example 1, α-WC coated with Pt obtained by the above synthesis method was used in the same manner as in Example 1 to the electrode. An anode electrode was prepared so that the amount of α-WC supported by the Pt was 0.03 mg / cm 2 , evaluated in the same manner, and the results are shown in Table 1. The average particle diameters of WC and Pt calculated in the same manner are also shown.
[比較例1]
<WCの合成>
キシダ化学製WO3 1.2gを石英製焼成管に入れ、CH4/H2(混合比2/8)の混合ガスの70ml/min.の気流下、877℃で6hr還元、炭化してα−WCの黒色粉末を得た。室温に冷却後、アルゴンガスに焼成管内を置換後2%O2−98%N2混合ガスで1.5hr不動態化して空気中に取り出した。
[Comparative Example 1]
<Synthesis of WC>
1.2 g of WO 3 manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. was put in a quartz tube and 70 ml / min. Of a mixed gas of CH 4 / H 2 (mixing ratio 2/8). Then, reduction and carbonization were performed at 877 ° C. for 6 hours to obtain an α-WC black powder. After cooling to room temperature, the inside of the firing tube was replaced with argon gas, and then the mixture was passivated with 2% O 2 -98% N 2 mixed gas for 1.5 hr and taken out into the air.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.404゜、35.652゜、48.254゜、64.278゜にピークを与えた)。また、48.254゜のピークの半値幅は0.570゜であった。 This compound was confirmed to have an α-WC structure by XRD analysis (the values of 2θ peaked at 31.404 °, 35.652 °, 48.254 °, and 64.278 °). . The half width of the peak at 48.254 ° was 0.570 °.
<Pt−WCの合成>
実施例1で合成されたα−WCの代わりに、比較例1で合成されたα−WCを用いた他は、実施例1と同様な方法によりPtを被着したα−WCを得た。
<Synthesis of Pt-WC>
Α-WC coated with Pt was obtained in the same manner as in Example 1 except that α-WC synthesized in Comparative Example 1 was used instead of α-WC synthesized in Example 1.
この化合物はXRD分析により、α−WC構造を有していることを確認した(2θの値は31.401゜、35.605゜、39.800゜(Pt)、40.342゜、46.253゜(Pt)、48.254゜、58.311°、64.350°、67.690°(Pt)にピークを与えた)。また、48.254゜のピークの半値幅は0.566゜であった。 This compound was confirmed by XRD analysis to have an α-WC structure (values of 2θ were 31.401 °, 35.605 °, 39.800 ° (Pt), 40.342 °, 46. 253 ° (Pt), 48.254 °, 58.311 °, 64.350 ° and 67.690 ° (Pt). The half width of the 48.254 ° peak was 0.566 °.
<アノード電極の作成>
実施例1において用いたPtが被着したα−WCの代わりに、上記合成方法で得られたPtを被着したα−WCを用いた他は、実施例1と同様な方法により、電極へのPtが被着したα−WC担持量が0.03mg/cm2となるようにアノード電極を作成し、同様に評価を行って結果を表1に示した。また、同様に算出したWCとPtの平均粒径もあわせて示す。
<Creation of anode electrode>
In place of α-WC coated with Pt used in Example 1, α-WC coated with Pt obtained by the above synthesis method was used in the same manner as in Example 1 to the electrode. An anode electrode was prepared so that the amount of α-WC supported by the Pt was 0.03 mg / cm 2 , evaluated in the same manner, and the results are shown in Table 1. The average particle diameters of WC and Pt calculated in the same manner are also shown.
表1より明らかなように、各実施例のうち、W2Nを経由して合成された実施例1と実施例2のPt/WC、WS2を経由して合成された実施例3〜6のPt/WCは、WO3から合成された比較例1のPt/WCに比べて、48.051゜〜48.204゜のWCによるピークの半値幅が大きく、触媒活性も明らかに向上している。 As is clear from Table 1, among Examples, Examples 3 to 6 synthesized via Pt / WC and WS 2 of Example 1 and Example 2 synthesized via W 2 N were used. Compared with Pt / WC of Comparative Example 1 synthesized from WO 3 , Pt / WC has a peak FWHM of 48.051 ° to 48.204 °, and the catalytic activity is clearly improved. Yes.
実施例1〜6より、W2N、WS2等の特定の前駆化合物を経由して合成されたWCをPtと共に用いることにより、メタノール水溶液に対して高いアノード触媒活性が得られることが分かる。 From Example 1~6, W 2 N, a WC which has been synthesized via the specific precursor compounds such as WS 2 by use with Pt, it can be seen that the higher the anode catalytic activity for methanol solution is obtained.
本発明によれば、高活性な触媒を用いた高効率な直接型メタノール燃料電池が提供されるため、その実用化が促進される。 According to the present invention, since a highly efficient direct methanol fuel cell using a highly active catalyst is provided, its practical use is promoted.
Claims (8)
ホウ化タングステン、窒化タングステン、硫化タングステン、リン化タングステン及びケイ化タングステンからなる群から選ばれる化合物から転化させて得られた炭化タングステンを触媒成分として含有する触媒を用いることを特徴とする直接型メタノール燃料電池。 In direct methanol fuel cell using methanol aqueous solution as fuel,
A direct methanol characterized by using a catalyst containing as a catalyst component tungsten carbide obtained by conversion from a compound selected from the group consisting of tungsten boride, tungsten nitride, tungsten sulfide, tungsten phosphide and tungsten silicide. Fuel cell.
ホウ化タングステン、窒化タングステン、硫化タングステン、リン化タングステン及びケイ化タングステンからなる群から選ばれる化合物から転化させて得られた炭化タングステンを触媒成分として含有することを特徴とする直接型メタノール燃料電池用触媒。 In a catalyst used in a direct methanol fuel cell fueled with an aqueous methanol solution,
For direct methanol fuel cell, characterized by containing as a catalyst component tungsten carbide obtained by conversion from a compound selected from the group consisting of tungsten boride, tungsten nitride, tungsten sulfide, tungsten phosphide and tungsten silicide. catalyst.
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