電気化学的酸素還元用の炭素担持金属硫化物触媒
本発明は、ガス拡散電極構造物中に、特に塩酸水溶液の電解用の酸素還元ガス拡散陰極中に組み込むのに適した、改良された炭素担持貴金属硫化物電極触媒に関する。貴金属硫化物粒子が活性炭粒子上に単分散されていて、貴金属硫化物粒子の活性炭粒子に対する表面積比が少なくとも０．２０である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電極触媒に関し、特に、電気化学的酸素還元、例えば塩酸水溶液の電気分解に適した炭素担持貴金属硫化物触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
貴金属の硫化物、特に硫化ロジウムや硫化ルテニウムは、電気化学的酸素還元反応（ＯＲＲ）に対して活性を示すこと、および化学的に侵食性の環境において安定性を有することが知られている。これら２つの特徴により、貴金属の硫化物は、減極した（depolarised）による塩酸電解用の陰極、特にガス拡散陰極の作製において特に有用となっている（米国特許第６，１４９，７８２号、米国特許第６，４０２，９３０号、またはＷＯ２００４／１０６５９１に開示）。
【０００３】
貴金属硫化物電極触媒の他の有用な特徴は、毒作用化学種、特に有機分子に対する耐性が高いことであり、このため、幾つかの燃料電池用途、例えば直接型アルコール燃料電池において有用なものとなっている。
【０００４】
塩素化塩化水素環境（chlorinated hydrochloric environments）に対する抵抗性がより高いということを考慮すると、現時点では、工業用アプリケーションに対して硫化ロジウムを選択するのが好ましいが、Ｒｈのコストが極めて高いということは、プロセス全体の経済性に重い負担となることを意味している。さらに、機能発揮の初期段階において常にＲｈの一部が浸出するので、工業用ガス拡散電極は通常、約１０ｇ／ｍ２のＲｈ（充分な電気化学的活性を得るための金属として表示）で活性化される。Ｒｈの浸出という現象は、硫化反応時に金属ロジウムが副生物として形成されることによる可能性が最も高い。二元および三元の硫化ルテニウム（例えばＲｕ−Ｃｏ硫化物）が、ＯＲＲに対する活性が高いという点から、より安価で興味ある代替物質であるが、それにもかかわらず、２つの理由から少なくとも工業的には利用されていない。第一の理由は、ＨＣｌ電解環境におけるこれら物質の安定性が、硫化ロジウムの場合より低いからであり、第二の理由は、これらの物質が、明らかに危険で環境への悪影響が大きいプロセスであるＨ２Ｓによる直接硫化によってしか得られないからである。これとは逆に、硫化ロジウムは、米国特許第６，９６７，１８５号の開示内容に従って、硫化物の存在しない環境において湿式化学法によって効率的に得ることができる。この同じ方法は、ルテニウムの場合にはそれほど良好な結果をもたらない。なぜなら、対応する硫化ルテニウムが、混ざり合った原子価状態にて沈殿してＲｕｘＳｙとＲｕｘＯｙとの混合相を形成し、ＲｕｘＳｙとＲｕｘＯｙが、実際の電池環境において異なった程度の活性と安定性を有するからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，１４９，７８２号
【特許文献２】米国特許第６，４０２，９３０号
【特許文献３】国際公開第２００４／１０６５９１号
【特許文献４】米国特許第６，９６７，１８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、酸素の電気化学的還元に対する活性を高めた炭素担持貴金属硫化物触媒、および前記触媒の製造方法を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、化学的に侵食性の環境（例えば塩酸中、必要に応じて遊離塩素が存在）における安定性を高めた炭素担持貴金属硫化物触媒、および前記触媒の製造方法を提供することである。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、新規の炭素担持貴金属硫化物触媒を組み込んだガス拡散電極構造物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様においては、本発明は、粒径パラメーターと表面積パラメーターとが厳密に制御されていることを特徴とする活性炭粒子担持貴金属硫化物触媒（従って、貴金属硫化物粒子の表面積の、選定された活性炭の表面積に対する比（表面積比）が少なくとも０．２０であり、好ましくは０．２５より大きい）からなる。粒径を制御することができて、粒子を炭素担体上に適切に分散させることができるプロセスによって貴金属硫化物触媒を製造すると、単一モード分布（すなわち単分散）が得られ、所定の組み込み量の割にはより多くの触媒表面が反応物にさらされ、そして触媒の利用率が格段に増大する、ということを本発明者らは驚くべきことに見出した。従って、先行技術の金属硫化物の場合には、全体としての活性は、漸近値に達するまでは全貴金属組み込み量と共に増大するが、これに対して本発明の単分散触媒は、選定された炭素担体の表面積の関数である特徴的な貴金属最適組み込み量を示す。すなわち、貴金属組み込み量がある特定の値を超えると、貴金属硫化物粒子の単分散分布が失われ、粒子の全表面積が急激に減少する。従って、貴金属硫化物の最適組み込み量は活性炭担体の特性に依存し、一般には、より大きな表面積を有する炭素粒子が最適値を達成するには、より高い組み込み量が必要とされる。
【００１０】
貴金属の硫化物は全て、同じ立方八面体形状を有することを特徴としており、このことは、炭素粒子上にて適切な単分散に達したときに、貴金属硫化物粒子の表面積の、活性炭粒子の表面積に対する比（表面積比）が貴金属の全系列に対してある程度は同じである、ということを意味している。選択される貴金属とは無関係に、本発明の触媒は、貴金属硫化物粒子の表面積の、活性炭粒子の表面積に対する比（表面積比）が少なくとも０．２０、最も好ましくは０．２５強（固有の限界値である）であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の１つの好ましい実施態様によれば、選択される貴金属はロジウムである。ロジウムは、米国特許第６，９６７，１８５号に開示のように、反応条件を適切に選択すれば、適切な貴金属前駆体とイオウ化学種（a thionic species）とを反応させることによって、活性炭担体上に単分散分布にて簡単に沈殿させることができる。本発明の硫化ロジウム触媒は、ガス拡散電極中に組み込むと、先行技術の硫化ロジウム触媒と比較してはるかに少ない貴金属組み込み量（０．５〜３ｇ／ｍ２）にてＯＲＲに対してより高い活性を示し、従って実質的なコスト低減が可能となる。
【００１２】
１つの好ましい実施態様においては、触媒担体として選択される活性炭は、約２５０ｍ２／ｇ（一般には、２００〜３００ｍ２／ｇの間隔（interval）にて）の表面積の狭分散によりキャボット社から商品化されているバルカン（Ｖｕｌｃａｎ）ＸＣ−７２である。このような炭素上に分散される硫化ロジウムは、１２〜１８％のＲｈ金属（ｗ／ｏ）という特定組み込み量に対して必要とされる硫化物／炭素表面積比を達成するが、当業者は、表面積が既知の他の炭素に対する最適値を容易に推測することができる。
【００１３】
後述の実施例は、単分散ロジウム金属硫化物が使用される塩酸電解法の工業的関連性を前提としたときの単分散ロジウム金属硫化物に関するものである。当業者には言うまでもないことであるが、この同じ開示内容を、他の分野での利用、例えば直接型アルコール燃料電池での利用に対して、他の貴金属硫化物電極触媒にも適用することができる。
【００１４】
他の態様においては、本発明は、新規の炭素担持貴金属硫化物触媒を組み込んだガス拡散電極、例えば塩酸電解用のガス拡散陰極からなる。本発明のガス拡散電極は、必要に応じてガス拡散層（例えば、当業界に公知の炭素−疎水性バインダー混合物からなる）を設けた導電性のウェブ（例えば、織った又は不織のカーボンクロス、カーボン紙、あるいは他の適切な多孔性キャリヤー）上に得られる。１つの好ましい実施態様においては、本発明のガス拡散電極への貴金属組み込み量は３〜５ｇ／ｍ２である。
【００１５】
他の態様においては、本発明は、粒径パラメーターと表面積パラメーターを制御する活性炭担体上に単分散貴金属硫化物触媒を生成させる方法からなり、従って、貴金属硫化物粒子の活性炭粒子に対する表面積比は少なくとも０．２０であり、好ましくは少なくとも０．２５である。
【００１６】
以下に、図面を参照しつつ本発明を説明するが、これらの図面によって本発明が限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、バルカンＸＣ−７２炭素上に種々の特定組み込み量にて担持された硫化ロジウム触媒の平均粒径を示している。
【図２】図２は、酸素で飽和した１Ｍ塩酸電解質中における、炭素上に種々の特定組み込み量にて担持された硫化ロジウム触媒の、ＯＲＲに対するＲＤＥ活性を示している。
【図３】図３は、バルカンＸＣ−７２炭素上に種々の特定組み込み量にて担持された硫化ロジウム触媒の、ＯＲＲに対する質量特異的電気化学活性（mass specific electrochemical activity）を示している。
【図４】図４は、種々の特定組み込み量での炭素担持硫化物触媒に関する、貴金属硫化物粒子の活性炭粒子に対する表面積比を示している。
【図５】図５は、貴金属硫化物粒子の活性炭粒子に対する表面積比の関数としての、種々の炭素担持貴金属触媒のＯＲＲに対する質量特異的電気化学活性を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、米国特許第６，９６７，１８５号（該特許の全開示内容を参照により本明細書に含める）に記載の方法に従って、ＲｈＣｌ３と適切なイオウ化学種からの沈殿によって得られる炭素担持硫化ロジウム触媒の平均粒径を示している。このケースでは、（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ３をイオウ反応物として、そしてバルカンＸＣ−７２を炭素担体（表面積が２５０ｍ２／ｇであることを特徴とする）として使用した。得られる触媒は、幾つかの相からなるので一般式ＲｈｘＳｙで示される（これらの相のうちでは、Ｒｈ１７Ｓ１５とＲｈ３Ｓ４が優勢である）。図面からわかるように、触媒粒子の平均直径は、予想されるように、ＲｈｘＳｙの全組み込み量が増大すると共に増大する。ＳＥＭ顕微鏡写真から、触媒（ＲｈｘＳｙ）分布がかなり変化していることがわかる。こうした変化は、作製される各触媒の分散度〔すなわち、大きな二頂型のクラスター分布（３０重量％の組み込み量）から、少ない組み込み量でのかなり細かい単頂型の分布（１５重量％の組み込み量）までにわたる触媒クラスターの固有分布〕に強く関連している。さらに、組み込み量が１５重量％のケースでは、バルカンフレーク上への分布が極めて良好であるので、触媒の使用量を５０％節減できるだけでなく、より重要なことには、後者のケースに対する粒子の面積数密度の値を約２倍にすることができる。球形硫化物クリスタライトの一般的な粒径は、殆どの場合、３０重量％と１５重量％のサンプルに対してそれぞれ、８．３±３．７ｎｍおよび５．６±２．１ｎｍと測定される。上記のデータによれば、ＲｈｘＳｙクリスタライトがさらす極限（物理的）表面積は、両方の電極触媒に関してほぼ同等であるので、Ｒｈの分散度は、３０重量％サンプルより１５重量％サンプルのほうがはるかに高い。こうした挙動は、活性および担体に対する触媒マス（mass）の暴露、という２つの観点から極めて重要である。低組み込み量触媒の場合の硫化物単分散は、製造条件を適切に選択することによって達成することができる。本発明の触媒の製造方法は、可溶性貴金属前駆体（本発明の場合はＲｈＣｌ３）の溶液を作製すること；必要な組み込み量を得るために、所定量の活性炭粉末を分散させること；イオウ反応物〔本発明の場合は（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ３）〕の溶液を徐々に加えること；および沈殿時間を短くするために、必要に応じてイオウ反応物の溶液を加熱すること；を含む。濾過および乾燥した物質を、目的とする用途に対する必要な結晶化度を達成するまで、当業界に公知のように熱処理、例えば１５０〜７００℃の温度ですることができる。
【００１９】
より有用なモルホロジー特性のほかに、（表面の）結晶学／化学も、３０重量％ＲｈｘＳｙ電極触媒と比較して１５重量％ ＲｈｘＳｙ電極触媒でのより高い貴金属利用率に寄与する。表面の酸化／還元に関連した電気化学的電荷は、標準的な３０重量％サンプルより１５重量％サンプルのほうがほぼ２倍大きい。
【００２０】
図２は、２種の炭素担持硫化ロジウム触媒の、ＯＲＲに対するＲＤＥ活性を示している。これらのプロットを得るために、イソプロパノールをベースとする触媒懸濁液を超音波処理し、そのアリコート量（１８μｌ）を、マイクロシリンジによって規則的な時間間隔にて３回、ガラス質炭素ディスクの表面上に分散させた。懸濁液は、１５重量％触媒系と３０重量％触媒系の２種に対して、０．５ｃｍ２のディスク表面上に５０μｇのＲｈｘＳｙ／Ｃ組み込み量（０．２ｍｇ／ｃｍ２の特定組み込み量）が得られるように作製した。懸濁液滴を、加熱ランプによる適度な温度にてディスク上に乾燥させた後、５重量％ナフィオン溶液の２００倍希釈液１１６μｌを加えることによってキャッピング層を形成させた。ＲＤＥ実験は、酸素飽和の１Ｍ塩酸溶液を収容する規則的な三電極式電気化学電池にて行った。ＰｔワイヤとＡｇ／ＡｇＣｌ（３Ｍ ＮａＣｌ）電極を、それぞれ対極および参照電極として使用した。しかしながら、本明細書に記載の電極電位は全て、ＲＨＥに対しての値である（０．２４Ｖ対Ａｇ／ＡｇＣｌ（３Ｍ ＮａＣｌ））。
【００２１】
分極曲線は、２０ｍＶ／秒の速度で電極電位をスキャンしながら、９００ｒｐｍの回転速度にて作成した。
【００２２】
図３には、組み込み量の異なる三組の貴金属硫化物触媒に関して上記のように採集したＲＤＥデータがプロットされている。これらの３シリーズはそれぞれ、バルカンＸＣ７２活性炭上に担持された硫化ロジウム触媒、１ｇ当たりの活性面積が９００ｍ２のケッチェンブラック（Ｋｅｔｊｅｎ Ｂｌａｃｋ）炭素上に担持された硫化ロジウム触媒、およびバルカンＸＣ７２活性炭上に担持された硫化ルテニウム触媒を表わしている。図からわかるように、かなりシャープなボルケイノープロット（volcano plots）が得られており、このことは、バルカン担持触媒について言えば、炭素上約１５％ＭｘＳｙ（Ｍは、一般には貴金属を表わす）の組成が、ＲＤＥ測定による半波電位に関して驚くほどに活性であるということ、そして一般には、１２重量％ＭｘＳｙ〜１８重量％ＭｘＳｙの全範囲が増大した触媒活性を示すということ（この範囲の外側では、触媒組み込み量が少なすぎてＯＲＲを効果的に支えることができないか、あるいは触媒組み込み量が多すぎて単分散の粒子分布を維持することができない）を表わしている。ケッチェン担持のＲｈｘＳｙ触媒に対しても類似の傾向が観察される。しかしながら、この炭素は表面積がより大きいので、約６０重量％の組み込み量にてピーク活性が観察される。
【００２３】
この挙動は、貴金属硫化物の表面積の、炭素の表面積に対する比（表面積比）が、特定組み込み量の関数として示されている図４のプロットを観察することでより良く理解できる。炭素担体上への硫化物組み込み量の関数としての表面積比の傾向は、図２に記載のＲＤＥ測定による半波電位の傾向に極めて類似しているようである、ということがわかる。定性的な観点から、貴金属硫化物の炭素担体に対する表面積比が最大になると、より活性の高い触媒が得られるということがわかる。さらに、このような比の最大値は、全ての検討触媒に対して０．２０より大きい（最も活性の高い触媒の場合は、０．２５の値を若干超える）ということがわかる。このような値は、全ての炭素担持貴金属硫化物触媒に対して一般的である。
【００２４】
図５は、硫化物触媒対担体の表面積比とＲＤＥ測定による触媒活性との間の直接的な相関関係を示している。表面積比がより大きくなると活性が増大するという明確な傾向があり、０．２０より大きい表面積比を有する触媒が、触媒活性に関してはるかに好ましい。
【００２５】
貴金属の特定組み込み量が減少した高活性触媒の作製は、貴金属を組み込むガス拡散電極に対して必要とされる全貴金属組み込み量の点で重要な結果を有する。工業用途向けのガス拡散電極は、実際には、薄い触媒層を適切な導電性ウェブ上にコーティングすることによって得られ、炭素に対する貴金属の特定組み込み量は、連続的活性層の形成に必要とされる金属の最少量に正比例する。先行技術においては、バルカンＸＣ−７２担持３０％ＲｈｘＳｙが、塩酸減極（depolarised）電解におけるＯＲＲに対する好ましい触媒として開示されており、これが、工業用途においてこれまで使用されている唯一の貴金属硫化物電極触媒である。本発明の開示内容により、最適な特定組み込み量を選定することが可能となり、従って単に貴金属硫化物粒子の活性炭粒子に対する表面積比を調節することによって、全体としての貴金属量を少なくすることができ、これにより、下記の実施例によって示すように、電気化学的な性能を高めつつ触媒コストを低減することができる。
【実施例】
【００２６】
活性面積が２５０ｍ２／ｇである２種のバルカンＸＣ−７２担持硫化ロジウム触媒を、２通りの特定貴金属組み込み量（それぞれ、３０重量％と１５重量％）にて下記の手順により作製した。
【００２７】
・３０重量％触媒
７．５ｇのＲｈＣｌ３・Ｈ２Ｏを０．５リットルの脱イオン水中に溶解し、本溶液を還流し、キャボット社から市販のバルカンＸＣ−７２カーボンブラック７ｇを溶液に加え、本混合物を４０℃で１時間超音波処理し、８．６ｇの（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ３を６０ｍｌの脱イオン水中に希釈してからｐＨを測定した。ｐＨは１．６４であった。
【００２８】
ロジウム／バルカン溶液を、攪拌しながら７０℃に加熱し、ｐＨをモニターした。７０℃に達したら、チオ硫酸塩溶液を、４つの同等アリコート（それぞれ７．５ｍｌ）にて２分ごとに１つ加えた。各添加の間において、ｐＨの不変性、温度、および溶液の色をチェックした。
【００２９】
チオ硫酸塩溶液の最後のアリコートを加えた後、得られた溶液を１００℃に加熱し、温度を１時間保持した。色の変化をチェックすることによって反応をモニターした。初めは深いピンク／オレンジ色であり、反応が進行するにつれて徐々に褐色に変化し、反応が完了すると、最終的に無色になった。従って生成物が全て、炭素に吸収されたことを示している。この段階において、種々の時間にて酢酸鉛紙を使用してスポット試験を行い、どの時点においても、反応環境中に遊離の硫化物イオンが存在しないことが確認された。沈殿物を沈降させてから濾過した。濾液を１０００ｍｌの脱イオン水で洗浄して過剰の試薬を除去し、次いで濾過ケークを採集して１１０℃にて一晩乾燥した。乾燥した物質を最後に、アルゴン気流下にて６５０℃で１時間熱処理に付した。その結果、重量が２２．１５％減少した。
【００３０】
・１５重量％触媒
３．７５ｇのＲｈＣｌ３・Ｈ２Ｏを０．３リットルの脱イオン水中に溶解し、本溶液を還流し、キャボット社から市販のバルカンＸＣ−７２カーボンブラック８．５ｇを溶液に加え、本混合物を４０℃で１時間超音波処理し、４．３ｇの（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ３を３０ｍｌの脱イオン水中に希釈してからｐＨを測定した。ｐＨは１．８４であった。
【００３１】
ロジウム／バルカン溶液を、攪拌しながら７０℃に加熱し、ｐＨをモニターした。７０℃に達したら、チオ硫酸塩溶液を、４つの同等アリコート（それぞれ１５ｍｌ）にて２分ごとに１つ加えた。各添加の間において、ｐＨの不変性、温度、および溶液の色をチェックした。
【００３２】
チオ硫酸塩溶液の最後のアリコートを加えた後、得られた溶液を１００℃に加熱し、温度を１時間保持した。色の変化をチェックすることによって反応をモニターした。初めは深いピンク／オレンジ色であり、反応が進行するにつれて徐々に褐色に変化し、反応が完了すると、最終的に無色になった。従って生成物が全て、炭素に吸収されたことを示している。この段階において、種々の時間にて酢酸鉛紙を使用してスポット試験を行い、どの時点においても、反応環境中に遊離の硫化物イオンが存在しないことが確認された。沈殿物を沈降させてから濾過した。濾液を１０００ｍｌの脱イオン水で洗浄して過剰の試薬を除去し、次いで濾過ケークを採集して１１０℃にて一晩乾燥した。乾燥した物質を最後に、アルゴン気流下にて６５０℃で２時間熱処理に付した。その結果、重量が１７．５％減少した。
【００３３】
当業界に公知の導電性ウェブ上のガス拡散構造物中に組み込んだ上記触媒の、塩酸電解における性能をチェックした。それぞれ１０ｇ／ｍ２と４．５ｇ／ｍ２の貴金属組み込み量を有する触媒／バインダー層を、Ｄｅ Ｎｏｒａ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ／ＵＳＡ製造のＥＬＡＴ（登録商標）カーボンクロスをベースとするガス拡散器により、３０％ＲｈｘＳｙ／Ｃサンプルと１５％ＲｈｘＳｙ／Ｃサンプルに対して得た（水性懸濁液からのＰＴＦＥをバインダーとして使用した）。このようにして得られたガス拡散電極を、強制的な換気の下で３４０℃にて焼結し、次いで塩酸電解の実験用電池における酸素還元陰極として使用した。１０．０ｇ／ｍ２の組み込み量を有するＧＤＥ（３０重量％ＲｈｘＳｙ）から５．０ｇ／ｍ２の組み込み量を有するＧＤＥ（１５重量％ＲｈｘＳｙ）までにわたって、電池性能の顕著な低下は観察されなかった。市販のＲｈｘＳｙＧＤＥの組み込み量がより多くなると、全体としての電池性能を高めないようである。それどころか、電極の活性が横ばい状態になる。この結果は、実際面での重要性が高い。なぜなら、組み込み量の少ない電極触媒（１５重量％ＲｈｘＳｙ）は、従来のＧＤＥ（３０重量％ＲｈｘＳｙ）よりコスト競争力がある、ということを示しているからである。１５重量％ＲｈｘＳｙ／Ｃの触媒活性の増大は、さらに４ｋＡ／ｍ２未満〔反応速度論的領域（kinetic region）〕において認められる。この電流密度にて、初期調整時間後の２週間の作動時に、３０重量％サンプルに対しては１．１±０．１Ｖの、そして１５重量％サンプルに対しては１．１±０．１Ｖの電解槽電圧（cell voltage）を記録した。
【００３４】
これまでの説明によって本発明が限定されることはなく、本発明は、本発明の範囲を逸脱することなく種々の実施態様に従って実施することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【００３５】
本特許出願の説明と請求項の全体を通して、"含む（comprise）"という用語、及びそのバリエーション〔例えば、"含むこと（comprising）"や"含む（comprises）"〕は、他の要素や付加物の存在を除外しているわけではない。
【００３６】
文献、作用、材料、装置、および物品などについての説明は、単に、本発明のための文脈を与えるという目的のためにのみ本明細書中に含まれている。これらの事柄の一部または全てが、本特許出願の各請求項の優先日の前に、先行技術のベースの一部を形成したということは示されていなし、あるいは、本発明に関連した分野での一般的な知見であったということも示されていない。
【技術分野】
【０００１】
本発明は電極触媒に関し、特に、電気化学的酸素還元、例えば塩酸水溶液の電気分解に適した炭素担持貴金属硫化物触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
貴金属の硫化物、特に硫化ロジウムや硫化ルテニウムは、電気化学的酸素還元反応（ＯＲＲ）に対して活性を示すこと、および化学的に侵食性の環境において安定性を有することが知られている。これら２つの特徴により、貴金属の硫化物は、減極した（depolarised）による塩酸電解用の陰極、特にガス拡散陰極の作製において特に有用となっている（米国特許第６，１４９，７８２号、米国特許第６，４０２，９３０号、またはＷＯ２００４／１０６５９１に開示）。
【０００３】
貴金属硫化物電極触媒の他の有用な特徴は、毒作用化学種、特に有機分子に対する耐性が高いことであり、このため、幾つかの燃料電池用途、例えば直接型アルコール燃料電池において有用なものとなっている。
【０００４】
塩素化塩化水素環境（chlorinated hydrochloric environments）に対する抵抗性がより高いということを考慮すると、現時点では、工業用アプリケーションに対して硫化ロジウムを選択するのが好ましいが、Ｒｈのコストが極めて高いということは、プロセス全体の経済性に重い負担となることを意味している。さらに、機能発揮の初期段階において常にＲｈの一部が浸出するので、工業用ガス拡散電極は通常、約１０ｇ／ｍ２のＲｈ（充分な電気化学的活性を得るための金属として表示）で活性化される。Ｒｈの浸出という現象は、硫化反応時に金属ロジウムが副生物として形成されることによる可能性が最も高い。二元および三元の硫化ルテニウム（例えばＲｕ−Ｃｏ硫化物）が、ＯＲＲに対する活性が高いという点から、より安価で興味ある代替物質であるが、それにもかかわらず、２つの理由から少なくとも工業的には利用されていない。第一の理由は、ＨＣｌ電解環境におけるこれら物質の安定性が、硫化ロジウムの場合より低いからであり、第二の理由は、これらの物質が、明らかに危険で環境への悪影響が大きいプロセスであるＨ２Ｓによる直接硫化によってしか得られないからである。これとは逆に、硫化ロジウムは、米国特許第６，９６７，１８５号の開示内容に従って、硫化物の存在しない環境において湿式化学法によって効率的に得ることができる。この同じ方法は、ルテニウムの場合にはそれほど良好な結果をもたらない。なぜなら、対応する硫化ルテニウムが、混ざり合った原子価状態にて沈殿してＲｕｘＳｙとＲｕｘＯｙとの混合相を形成し、ＲｕｘＳｙとＲｕｘＯｙが、実際の電池環境において異なった程度の活性と安定性を有するからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，１４９，７８２号
【特許文献２】米国特許第６，４０２，９３０号
【特許文献３】国際公開第２００４／１０６５９１号
【特許文献４】米国特許第６，９６７，１８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、酸素の電気化学的還元に対する活性を高めた炭素担持貴金属硫化物触媒、および前記触媒の製造方法を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、化学的に侵食性の環境（例えば塩酸中、必要に応じて遊離塩素が存在）における安定性を高めた炭素担持貴金属硫化物触媒、および前記触媒の製造方法を提供することである。
【０００８】
本発明のさらに他の目的は、新規の炭素担持貴金属硫化物触媒を組み込んだガス拡散電極構造物を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様においては、本発明は、粒径パラメーターと表面積パラメーターとが厳密に制御されていることを特徴とする活性炭粒子担持貴金属硫化物触媒（従って、貴金属硫化物粒子の表面積の、選定された活性炭の表面積に対する比（表面積比）が少なくとも０．２０であり、好ましくは０．２５より大きい）からなる。粒径を制御することができて、粒子を炭素担体上に適切に分散させることができるプロセスによって貴金属硫化物触媒を製造すると、単一モード分布（すなわち単分散）が得られ、所定の組み込み量の割にはより多くの触媒表面が反応物にさらされ、そして触媒の利用率が格段に増大する、ということを本発明者らは驚くべきことに見出した。従って、先行技術の金属硫化物の場合には、全体としての活性は、漸近値に達するまでは全貴金属組み込み量と共に増大するが、これに対して本発明の単分散触媒は、選定された炭素担体の表面積の関数である特徴的な貴金属最適組み込み量を示す。すなわち、貴金属組み込み量がある特定の値を超えると、貴金属硫化物粒子の単分散分布が失われ、粒子の全表面積が急激に減少する。従って、貴金属硫化物の最適組み込み量は活性炭担体の特性に依存し、一般には、より大きな表面積を有する炭素粒子が最適値を達成するには、より高い組み込み量が必要とされる。
【００１０】
貴金属の硫化物は全て、同じ立方八面体形状を有することを特徴としており、このことは、炭素粒子上にて適切な単分散に達したときに、貴金属硫化物粒子の表面積の、活性炭粒子の表面積に対する比（表面積比）が貴金属の全系列に対してある程度は同じである、ということを意味している。選択される貴金属とは無関係に、本発明の触媒は、貴金属硫化物粒子の表面積の、活性炭粒子の表面積に対する比（表面積比）が少なくとも０．２０、最も好ましくは０．２５強（固有の限界値である）であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の１つの好ましい実施態様によれば、選択される貴金属はロジウムである。ロジウムは、米国特許第６，９６７，１８５号に開示のように、反応条件を適切に選択すれば、適切な貴金属前駆体とイオウ化学種（a thionic species）とを反応させることによって、活性炭担体上に単分散分布にて簡単に沈殿させることができる。本発明の硫化ロジウム触媒は、ガス拡散電極中に組み込むと、先行技術の硫化ロジウム触媒と比較してはるかに少ない貴金属組み込み量（０．５〜３ｇ／ｍ２）にてＯＲＲに対してより高い活性を示し、従って実質的なコスト低減が可能となる。
【００１２】
１つの好ましい実施態様においては、触媒担体として選択される活性炭は、約２５０ｍ２／ｇ（一般には、２００〜３００ｍ２／ｇの間隔（interval）にて）の表面積の狭分散によりキャボット社から商品化されているバルカン（Ｖｕｌｃａｎ）ＸＣ−７２である。このような炭素上に分散される硫化ロジウムは、１２〜１８％のＲｈ金属（ｗ／ｏ）という特定組み込み量に対して必要とされる硫化物／炭素表面積比を達成するが、当業者は、表面積が既知の他の炭素に対する最適値を容易に推測することができる。
【００１３】
後述の実施例は、単分散ロジウム金属硫化物が使用される塩酸電解法の工業的関連性を前提としたときの単分散ロジウム金属硫化物に関するものである。当業者には言うまでもないことであるが、この同じ開示内容を、他の分野での利用、例えば直接型アルコール燃料電池での利用に対して、他の貴金属硫化物電極触媒にも適用することができる。
【００１４】
他の態様においては、本発明は、新規の炭素担持貴金属硫化物触媒を組み込んだガス拡散電極、例えば塩酸電解用のガス拡散陰極からなる。本発明のガス拡散電極は、必要に応じてガス拡散層（例えば、当業界に公知の炭素−疎水性バインダー混合物からなる）を設けた導電性のウェブ（例えば、織った又は不織のカーボンクロス、カーボン紙、あるいは他の適切な多孔性キャリヤー）上に得られる。１つの好ましい実施態様においては、本発明のガス拡散電極への貴金属組み込み量は３〜５ｇ／ｍ２である。
【００１５】
他の態様においては、本発明は、粒径パラメーターと表面積パラメーターを制御する活性炭担体上に単分散貴金属硫化物触媒を生成させる方法からなり、従って、貴金属硫化物粒子の活性炭粒子に対する表面積比は少なくとも０．２０であり、好ましくは少なくとも０．２５である。
【００１６】
以下に、図面を参照しつつ本発明を説明するが、これらの図面によって本発明が限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、バルカンＸＣ−７２炭素上に種々の特定組み込み量にて担持された硫化ロジウム触媒の平均粒径を示している。
【図２】図２は、酸素で飽和した１Ｍ塩酸電解質中における、炭素上に種々の特定組み込み量にて担持された硫化ロジウム触媒の、ＯＲＲに対するＲＤＥ活性を示している。
【図３】図３は、バルカンＸＣ−７２炭素上に種々の特定組み込み量にて担持された硫化ロジウム触媒の、ＯＲＲに対する質量特異的電気化学活性（mass specific electrochemical activity）を示している。
【図４】図４は、種々の特定組み込み量での炭素担持硫化物触媒に関する、貴金属硫化物粒子の活性炭粒子に対する表面積比を示している。
【図５】図５は、貴金属硫化物粒子の活性炭粒子に対する表面積比の関数としての、種々の炭素担持貴金属触媒のＯＲＲに対する質量特異的電気化学活性を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、米国特許第６，９６７，１８５号（該特許の全開示内容を参照により本明細書に含める）に記載の方法に従って、ＲｈＣｌ３と適切なイオウ化学種からの沈殿によって得られる炭素担持硫化ロジウム触媒の平均粒径を示している。このケースでは、（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ３をイオウ反応物として、そしてバルカンＸＣ−７２を炭素担体（表面積が２５０ｍ２／ｇであることを特徴とする）として使用した。得られる触媒は、幾つかの相からなるので一般式ＲｈｘＳｙで示される（これらの相のうちでは、Ｒｈ１７Ｓ１５とＲｈ３Ｓ４が優勢である）。図面からわかるように、触媒粒子の平均直径は、予想されるように、ＲｈｘＳｙの全組み込み量が増大すると共に増大する。ＳＥＭ顕微鏡写真から、触媒（ＲｈｘＳｙ）分布がかなり変化していることがわかる。こうした変化は、作製される各触媒の分散度〔すなわち、大きな二頂型のクラスター分布（３０重量％の組み込み量）から、少ない組み込み量でのかなり細かい単頂型の分布（１５重量％の組み込み量）までにわたる触媒クラスターの固有分布〕に強く関連している。さらに、組み込み量が１５重量％のケースでは、バルカンフレーク上への分布が極めて良好であるので、触媒の使用量を５０％節減できるだけでなく、より重要なことには、後者のケースに対する粒子の面積数密度の値を約２倍にすることができる。球形硫化物クリスタライトの一般的な粒径は、殆どの場合、３０重量％と１５重量％のサンプルに対してそれぞれ、８．３±３．７ｎｍおよび５．６±２．１ｎｍと測定される。上記のデータによれば、ＲｈｘＳｙクリスタライトがさらす極限（物理的）表面積は、両方の電極触媒に関してほぼ同等であるので、Ｒｈの分散度は、３０重量％サンプルより１５重量％サンプルのほうがはるかに高い。こうした挙動は、活性および担体に対する触媒マス（mass）の暴露、という２つの観点から極めて重要である。低組み込み量触媒の場合の硫化物単分散は、製造条件を適切に選択することによって達成することができる。本発明の触媒の製造方法は、可溶性貴金属前駆体（本発明の場合はＲｈＣｌ３）の溶液を作製すること；必要な組み込み量を得るために、所定量の活性炭粉末を分散させること；イオウ反応物〔本発明の場合は（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ３）〕の溶液を徐々に加えること；および沈殿時間を短くするために、必要に応じてイオウ反応物の溶液を加熱すること；を含む。濾過および乾燥した物質を、目的とする用途に対する必要な結晶化度を達成するまで、当業界に公知のように熱処理、例えば１５０〜７００℃の温度ですることができる。
【００１９】
より有用なモルホロジー特性のほかに、（表面の）結晶学／化学も、３０重量％ＲｈｘＳｙ電極触媒と比較して１５重量％ ＲｈｘＳｙ電極触媒でのより高い貴金属利用率に寄与する。表面の酸化／還元に関連した電気化学的電荷は、標準的な３０重量％サンプルより１５重量％サンプルのほうがほぼ２倍大きい。
【００２０】
図２は、２種の炭素担持硫化ロジウム触媒の、ＯＲＲに対するＲＤＥ活性を示している。これらのプロットを得るために、イソプロパノールをベースとする触媒懸濁液を超音波処理し、そのアリコート量（１８μｌ）を、マイクロシリンジによって規則的な時間間隔にて３回、ガラス質炭素ディスクの表面上に分散させた。懸濁液は、１５重量％触媒系と３０重量％触媒系の２種に対して、０．５ｃｍ２のディスク表面上に５０μｇのＲｈｘＳｙ／Ｃ組み込み量（０．２ｍｇ／ｃｍ２の特定組み込み量）が得られるように作製した。懸濁液滴を、加熱ランプによる適度な温度にてディスク上に乾燥させた後、５重量％ナフィオン溶液の２００倍希釈液１１６μｌを加えることによってキャッピング層を形成させた。ＲＤＥ実験は、酸素飽和の１Ｍ塩酸溶液を収容する規則的な三電極式電気化学電池にて行った。ＰｔワイヤとＡｇ／ＡｇＣｌ（３Ｍ ＮａＣｌ）電極を、それぞれ対極および参照電極として使用した。しかしながら、本明細書に記載の電極電位は全て、ＲＨＥに対しての値である（０．２４Ｖ対Ａｇ／ＡｇＣｌ（３Ｍ ＮａＣｌ））。
【００２１】
分極曲線は、２０ｍＶ／秒の速度で電極電位をスキャンしながら、９００ｒｐｍの回転速度にて作成した。
【００２２】
図３には、組み込み量の異なる三組の貴金属硫化物触媒に関して上記のように採集したＲＤＥデータがプロットされている。これらの３シリーズはそれぞれ、バルカンＸＣ７２活性炭上に担持された硫化ロジウム触媒、１ｇ当たりの活性面積が９００ｍ２のケッチェンブラック（Ｋｅｔｊｅｎ Ｂｌａｃｋ）炭素上に担持された硫化ロジウム触媒、およびバルカンＸＣ７２活性炭上に担持された硫化ルテニウム触媒を表わしている。図からわかるように、かなりシャープなボルケイノープロット（volcano plots）が得られており、このことは、バルカン担持触媒について言えば、炭素上約１５％ＭｘＳｙ（Ｍは、一般には貴金属を表わす）の組成が、ＲＤＥ測定による半波電位に関して驚くほどに活性であるということ、そして一般には、１２重量％ＭｘＳｙ〜１８重量％ＭｘＳｙの全範囲が増大した触媒活性を示すということ（この範囲の外側では、触媒組み込み量が少なすぎてＯＲＲを効果的に支えることができないか、あるいは触媒組み込み量が多すぎて単分散の粒子分布を維持することができない）を表わしている。ケッチェン担持のＲｈｘＳｙ触媒に対しても類似の傾向が観察される。しかしながら、この炭素は表面積がより大きいので、約６０重量％の組み込み量にてピーク活性が観察される。
【００２３】
この挙動は、貴金属硫化物の表面積の、炭素の表面積に対する比（表面積比）が、特定組み込み量の関数として示されている図４のプロットを観察することでより良く理解できる。炭素担体上への硫化物組み込み量の関数としての表面積比の傾向は、図２に記載のＲＤＥ測定による半波電位の傾向に極めて類似しているようである、ということがわかる。定性的な観点から、貴金属硫化物の炭素担体に対する表面積比が最大になると、より活性の高い触媒が得られるということがわかる。さらに、このような比の最大値は、全ての検討触媒に対して０．２０より大きい（最も活性の高い触媒の場合は、０．２５の値を若干超える）ということがわかる。このような値は、全ての炭素担持貴金属硫化物触媒に対して一般的である。
【００２４】
図５は、硫化物触媒対担体の表面積比とＲＤＥ測定による触媒活性との間の直接的な相関関係を示している。表面積比がより大きくなると活性が増大するという明確な傾向があり、０．２０より大きい表面積比を有する触媒が、触媒活性に関してはるかに好ましい。
【００２５】
貴金属の特定組み込み量が減少した高活性触媒の作製は、貴金属を組み込むガス拡散電極に対して必要とされる全貴金属組み込み量の点で重要な結果を有する。工業用途向けのガス拡散電極は、実際には、薄い触媒層を適切な導電性ウェブ上にコーティングすることによって得られ、炭素に対する貴金属の特定組み込み量は、連続的活性層の形成に必要とされる金属の最少量に正比例する。先行技術においては、バルカンＸＣ−７２担持３０％ＲｈｘＳｙが、塩酸減極（depolarised）電解におけるＯＲＲに対する好ましい触媒として開示されており、これが、工業用途においてこれまで使用されている唯一の貴金属硫化物電極触媒である。本発明の開示内容により、最適な特定組み込み量を選定することが可能となり、従って単に貴金属硫化物粒子の活性炭粒子に対する表面積比を調節することによって、全体としての貴金属量を少なくすることができ、これにより、下記の実施例によって示すように、電気化学的な性能を高めつつ触媒コストを低減することができる。
【実施例】
【００２６】
活性面積が２５０ｍ２／ｇである２種のバルカンＸＣ−７２担持硫化ロジウム触媒を、２通りの特定貴金属組み込み量（それぞれ、３０重量％と１５重量％）にて下記の手順により作製した。
【００２７】
・３０重量％触媒
７．５ｇのＲｈＣｌ３・Ｈ２Ｏを０．５リットルの脱イオン水中に溶解し、本溶液を還流し、キャボット社から市販のバルカンＸＣ−７２カーボンブラック７ｇを溶液に加え、本混合物を４０℃で１時間超音波処理し、８．６ｇの（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ３を６０ｍｌの脱イオン水中に希釈してからｐＨを測定した。ｐＨは１．６４であった。
【００２８】
ロジウム／バルカン溶液を、攪拌しながら７０℃に加熱し、ｐＨをモニターした。７０℃に達したら、チオ硫酸塩溶液を、４つの同等アリコート（それぞれ７．５ｍｌ）にて２分ごとに１つ加えた。各添加の間において、ｐＨの不変性、温度、および溶液の色をチェックした。
【００２９】
チオ硫酸塩溶液の最後のアリコートを加えた後、得られた溶液を１００℃に加熱し、温度を１時間保持した。色の変化をチェックすることによって反応をモニターした。初めは深いピンク／オレンジ色であり、反応が進行するにつれて徐々に褐色に変化し、反応が完了すると、最終的に無色になった。従って生成物が全て、炭素に吸収されたことを示している。この段階において、種々の時間にて酢酸鉛紙を使用してスポット試験を行い、どの時点においても、反応環境中に遊離の硫化物イオンが存在しないことが確認された。沈殿物を沈降させてから濾過した。濾液を１０００ｍｌの脱イオン水で洗浄して過剰の試薬を除去し、次いで濾過ケークを採集して１１０℃にて一晩乾燥した。乾燥した物質を最後に、アルゴン気流下にて６５０℃で１時間熱処理に付した。その結果、重量が２２．１５％減少した。
【００３０】
・１５重量％触媒
３．７５ｇのＲｈＣｌ３・Ｈ２Ｏを０．３リットルの脱イオン水中に溶解し、本溶液を還流し、キャボット社から市販のバルカンＸＣ−７２カーボンブラック８．５ｇを溶液に加え、本混合物を４０℃で１時間超音波処理し、４．３ｇの（ＮＨ４）２Ｓ２Ｏ３を３０ｍｌの脱イオン水中に希釈してからｐＨを測定した。ｐＨは１．８４であった。
【００３１】
ロジウム／バルカン溶液を、攪拌しながら７０℃に加熱し、ｐＨをモニターした。７０℃に達したら、チオ硫酸塩溶液を、４つの同等アリコート（それぞれ１５ｍｌ）にて２分ごとに１つ加えた。各添加の間において、ｐＨの不変性、温度、および溶液の色をチェックした。
【００３２】
チオ硫酸塩溶液の最後のアリコートを加えた後、得られた溶液を１００℃に加熱し、温度を１時間保持した。色の変化をチェックすることによって反応をモニターした。初めは深いピンク／オレンジ色であり、反応が進行するにつれて徐々に褐色に変化し、反応が完了すると、最終的に無色になった。従って生成物が全て、炭素に吸収されたことを示している。この段階において、種々の時間にて酢酸鉛紙を使用してスポット試験を行い、どの時点においても、反応環境中に遊離の硫化物イオンが存在しないことが確認された。沈殿物を沈降させてから濾過した。濾液を１０００ｍｌの脱イオン水で洗浄して過剰の試薬を除去し、次いで濾過ケークを採集して１１０℃にて一晩乾燥した。乾燥した物質を最後に、アルゴン気流下にて６５０℃で２時間熱処理に付した。その結果、重量が１７．５％減少した。
【００３３】
当業界に公知の導電性ウェブ上のガス拡散構造物中に組み込んだ上記触媒の、塩酸電解における性能をチェックした。それぞれ１０ｇ／ｍ２と４．５ｇ／ｍ２の貴金属組み込み量を有する触媒／バインダー層を、Ｄｅ Ｎｏｒａ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ／ＵＳＡ製造のＥＬＡＴ（登録商標）カーボンクロスをベースとするガス拡散器により、３０％ＲｈｘＳｙ／Ｃサンプルと１５％ＲｈｘＳｙ／Ｃサンプルに対して得た（水性懸濁液からのＰＴＦＥをバインダーとして使用した）。このようにして得られたガス拡散電極を、強制的な換気の下で３４０℃にて焼結し、次いで塩酸電解の実験用電池における酸素還元陰極として使用した。１０．０ｇ／ｍ２の組み込み量を有するＧＤＥ（３０重量％ＲｈｘＳｙ）から５．０ｇ／ｍ２の組み込み量を有するＧＤＥ（１５重量％ＲｈｘＳｙ）までにわたって、電池性能の顕著な低下は観察されなかった。市販のＲｈｘＳｙＧＤＥの組み込み量がより多くなると、全体としての電池性能を高めないようである。それどころか、電極の活性が横ばい状態になる。この結果は、実際面での重要性が高い。なぜなら、組み込み量の少ない電極触媒（１５重量％ＲｈｘＳｙ）は、従来のＧＤＥ（３０重量％ＲｈｘＳｙ）よりコスト競争力がある、ということを示しているからである。１５重量％ＲｈｘＳｙ／Ｃの触媒活性の増大は、さらに４ｋＡ／ｍ２未満〔反応速度論的領域（kinetic region）〕において認められる。この電流密度にて、初期調整時間後の２週間の作動時に、３０重量％サンプルに対しては１．１±０．１Ｖの、そして１５重量％サンプルに対しては１．１±０．１Ｖの電解槽電圧（cell voltage）を記録した。
【００３４】
これまでの説明によって本発明が限定されることはなく、本発明は、本発明の範囲を逸脱することなく種々の実施態様に従って実施することができ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって規定される。
【００３５】
本特許出願の説明と請求項の全体を通して、"含む（comprise）"という用語、及びそのバリエーション〔例えば、"含むこと（comprising）"や"含む（comprises）"〕は、他の要素や付加物の存在を除外しているわけではない。
【００３６】
文献、作用、材料、装置、および物品などについての説明は、単に、本発明のための文脈を与えるという目的のためにのみ本明細書中に含まれている。これらの事柄の一部または全てが、本特許出願の各請求項の優先日の前に、先行技術のベースの一部を形成したということは示されていなし、あるいは、本発明に関連した分野での一般的な知見であったということも示されていない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性炭に担持された貴金属硫化物を含む、電気化学的酸素還元用の触媒であって、貴金属硫化物粒子が活性炭粒子上に単分散されていること、及び貴金属硫化物粒子の活性炭粒子に対する表面積比が少なくとも０．２０であることを特徴とする前記触媒。
【請求項２】
前記貴金属硫化物が硫化ロジウムであることを特徴とする、請求項１に記載の触媒。
【請求項３】
前記硫化ロジウムの特定組み込み量が、２００〜３００ｍ２の／ｇの表面積を有する活性炭上にて１２〜１８重量％であることを特徴とする、請求項２に記載の触媒。
【請求項４】
前記活性炭がバルカンＸＣ−７２であることを特徴とする、請求項３に記載の触媒。
【請求項５】
貴金属硫化物の活性炭に対する前記表面積比が少なくとも０．２５であることを特徴とする、請求項３または４に記載の触媒。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の触媒を導電性ウェブ上に含むガス拡散電極。
【請求項７】
単位面積当たりの前記貴金属硫化物の組み込み量が３〜５ｇ／ｍ２である、請求項６に記載のガス拡散電極。
【請求項８】
前記貴金属の前駆体化合物の溶液を作製する工程；
前記前駆体化合物の溶液中に前記活性炭粒子を分散させる工程；
チオ硫酸塩とチオン酸塩からなる群から選択されるイオウ化合物の溶液を作製する工程；および、
前記イオウ化合物溶液と前記炭素含有前駆体溶液とを、所定の割合にて段階的に反応させる工程；
を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の触媒の製造方法。
【請求項９】
濾過及び乾燥した物質を１５０〜７００℃の温度にて熱処理に付す工程をさらに含む、請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記前駆体化合物が塩化物である、請求項８または９に記載の製造方法。
【請求項１１】
改良点が、請求項６または７に記載のガス拡散電極を陰極として使用することを含む、塩酸水溶液の電解方法。
【請求項１】
活性炭に担持された貴金属硫化物を含む、電気化学的酸素還元用の触媒であって、貴金属硫化物粒子が活性炭粒子上に単分散されていること、及び貴金属硫化物粒子の活性炭粒子に対する表面積比が少なくとも０．２０であることを特徴とする前記触媒。
【請求項２】
前記貴金属硫化物が硫化ロジウムであることを特徴とする、請求項１に記載の触媒。
【請求項３】
前記硫化ロジウムの特定組み込み量が、２００〜３００ｍ２の／ｇの表面積を有する活性炭上にて１２〜１８重量％であることを特徴とする、請求項２に記載の触媒。
【請求項４】
前記活性炭がバルカンＸＣ−７２であることを特徴とする、請求項３に記載の触媒。
【請求項５】
貴金属硫化物の活性炭に対する前記表面積比が少なくとも０．２５であることを特徴とする、請求項３または４に記載の触媒。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の触媒を導電性ウェブ上に含むガス拡散電極。
【請求項７】
単位面積当たりの前記貴金属硫化物の組み込み量が３〜５ｇ／ｍ２である、請求項６に記載のガス拡散電極。
【請求項８】
前記貴金属の前駆体化合物の溶液を作製する工程；
前記前駆体化合物の溶液中に前記活性炭粒子を分散させる工程；
チオ硫酸塩とチオン酸塩からなる群から選択されるイオウ化合物の溶液を作製する工程；および、
前記イオウ化合物溶液と前記炭素含有前駆体溶液とを、所定の割合にて段階的に反応させる工程；
を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の触媒の製造方法。
【請求項９】
濾過及び乾燥した物質を１５０〜７００℃の温度にて熱処理に付す工程をさらに含む、請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記前駆体化合物が塩化物である、請求項８または９に記載の製造方法。
【請求項１１】
改良点が、請求項６または７に記載のガス拡散電極を陰極として使用することを含む、塩酸水溶液の電解方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２０１０−５１０８８０（Ｐ２０１０−５１０８８０Ａ）
【公表日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３８７０３（Ｐ２００９−５３８７０３）
【出願日】平成１９年１１月２８日（２００７．１１．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０６２９４２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０６５１３７
【国際公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（５０７１２８６５４）インドゥストリエ・デ・ノラ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ (29)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２８日（２００７．１１．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００７／０６２９４２
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０６５１３７
【国際公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（５０７１２８６５４）インドゥストリエ・デ・ノラ・ソチエタ・ペル・アツィオーニ (29)
【Ｆターム（参考）】
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