(57)【要約】【課題】低コストで高い触媒活性を有する燃料電池用電極触媒及びそれを含む電極を有する燃料電池を提供する。【解決手段】窒素原子を分子内に２個以上含む、５員環構造または６員環構造を有する芳香族単環化合物と、遷移金属との錯体を導電性担体に担持させることにより、低コストで高い触媒活性を有する燃料電池用電極触媒及び低コストで高効率の燃料電池を提供することができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素原子を分子内に２個以上含む、５員環構造または６員環構造を有する芳香族単環化合物と、遷移金属との錯体を導電性担体に担持させたことを特徴とする燃料電池用電極触媒。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池用電極触媒であって、
前記芳香族単環化合物は、窒素原子を分子内に３個以上有することを特徴とする燃料電池用電極触媒。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料電池用電極触媒であって、
前記芳香族単環化合物は、ピラゾール、トリアゾール、メラミンから選択される少なくとも１つであることを特徴とする燃料電池用電極触媒。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の燃料電池用電極触媒を含む電極を有することを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の電極に用いる燃料電池用電極触媒及びそれを含む電極を有する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題や資源問題への対策の一つとして、酸素や空気等の酸化性ガスと、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）あるいはメタノール等の液体燃料等とを原料として電気化学反応により化学エネルギーを電気エネルギーに変換して発電する燃料電池が注目されている。燃料電池は、電解質膜の一方の面に燃料極（アノード触媒層）と、もう一方の面に空気極（カソード触媒層）とを電解質膜を挟んで対向するように設け、電解質膜を挟持した各触媒層の外側に拡散層をさらに設け、これらを原料供給用の通路を設けたセパレータで挟んで電池が構成され、各触媒層に水素、酸素等の原料を供給して発電する。
【０００３】
燃料電池の発電時には、燃料極に供給する原料を水素ガス、空気極に供給する原料を空気とした場合、燃料極において、水素ガスから水素イオンと電子とが発生する。電子は外部端子から外部回路を通じて空気極に到達する。空気極において、供給される空気中の酸素と、電解質膜を通過した水素イオンと、外部回路を通じて空気極に到達した電子により、水が生成する。このように燃料極及び空気極において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。この燃料電池は、発電に使用される原料のガスや液体燃料が豊富に存在すること、また、その発電原理より排出される物質が水であること等より、クリーンなエネルギー源として様々な検討がされている。
【０００４】
このような燃料電池の空気極及び燃料極には、従来、白金（Ｐｔ）等を担持した、あるいは白金（Ｐｔ）等をルテニウム（Ｒｕ）等の他の金属と共に担持したカーボンをナフィオン（登録商標）等の固体高分子電解質の樹脂に分散させて成膜されたものが使用されている。しかし、燃料電池の性能向上が求められており、電極の触媒についても酸素還元活性等の特性の向上が求められている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、電極担体表面に、遷移金属又はその合金と、モノキノリルフェニレンジアミン錯体、ポルフィリン、アザ錯体等の平面状立体配位構造を有する有機金属錯体とを担持した燃料極用電極触媒が記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、非担持遷移金属と、それと異なる他の遷移金属とを有する、金属ポルフィリン等の窒素含有有機金属錯体及びカルコゲンを含むキレート触媒材料が記載されている。
【０００７】
さらに特許文献３には、固体高分子電解質膜と、固体高分子電解質膜を挟んだ触媒層を有する一対の電極とを具備した燃料電池において、触媒層は触媒担持カーボンと、高分子電解質と、ピロール、チオフェン、アニリン、ジハロゲン化ベンゼン、ジハロゲン化チオフェン、ジハロゲン化ピリジンから選ばれる少なくとも１種のモノマを電解重合した導電性高分子とを有する高分子電解質型燃料電池が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２-３２９５００号公報
【特許文献２】特表２００４−５３２７３４号公報
【特許文献３】特開２００２−２５５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来触媒に使用されている白金やルテニウムは、非常に高価であり、燃料電池のコストを押し上げる原因ともなる。
【００１０】
また、特許文献１及び特許文献２に記載の窒素原子含有有機金属錯体も合成経路が長く、コストが高くなるという問題があった。
【００１１】
また、特許文献３に記載の、触媒担持カーボンと、高分子電解質と、ピロール、アニリン、ジハロゲン化ピリジン等のモノマとを電解重合した導電性高分子とを有する高分子電解質型燃料電池は、触媒活性が低いため、電池性能が不十分であった。
【００１２】
また、従来、触媒に使用する金属錯体の構造に含まれる窒素原子の数と、活性の関係は明らかにされていなかった。
【００１３】
本発明は、低コストで高い触媒活性を有する燃料電池用電極触媒及びそれを含む電極を有する燃料電池である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、窒素原子を分子内に２個以上含む、５員環構造または６員環構造を有する芳香族単環化合物と、遷移金属との錯体を導電性担体に担持させた燃料電池用電極触媒である。
【００１５】
また、前記燃料電池用電極触媒において、前記芳香族単環化合物は、窒素原子を分子内に３個以上有することが好ましい。
【００１６】
また、前記燃料電池用電極触媒において、前記芳香族単環化合物は、ピラゾール、トリアゾール、メラミンから選択される少なくとも１つであることが好ましい。
【００１７】
また、本発明は、前記燃料電池用電極触媒を含む電極を有する燃料電池である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明において、窒素原子を分子内に２個以上含む、５員環構造または６員環構造を有する芳香族単環化合物と、遷移金属との錯体を導電性担体に担持させることにより、低コストで高い触媒活性を有する燃料電池用電極触媒を提供することができる。
【００１９】
また、本発明において、窒素原子を分子内に２個以上含む、５員環構造または６員環構造を有する芳香族単環化合物と、遷移金属との錯体を導電性担体に担持させた燃料電池用電極触媒を含む電極を使用することにより、低コストで高効率の燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態について以下説明する。
【００２１】
＜燃料電池用電極触媒＞
本発明の実施形態に係る燃料電池用電極触媒は、窒素原子を分子内に２個以上含む、５員環構造または６員環構造を有する芳香族単環化合物と、遷移金属との錯体を導電性担体に担持させたものである。ここで、「窒素原子を分子内に２個以上含む」に言う窒素原子の数は、上記芳香族単環化合物の環構造中に含まれる窒素原子のみならず、上記芳香族単環化合物が有する置換基中に含まれる窒素原子をも含めた数である。
【００２２】
５員環構造または６員環構造を有する芳香環単環化合物は、例えば、シクロペンタジエン環、フラン環、チオフェン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、トリアゾール環、テトラゾール環、ペンタゾール環、オキサゾール環、オキサジアゾール環、チアゾール環等の５員環骨格、ベンゼン環、ピラン環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、トリアジン環、テトラジン環、オキサジン環、チアジン環等の６員環骨格を有する。
【００２３】
この中でも、触媒活性を向上させるために、５員環構造または６員環構造を有する芳香環単環化合物は、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、１，２，４−トリアゾール環、１，３，４−トリアゾール環、テトラゾール環、ペンタゾール環等の窒素原子含有５員環骨格、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、１，２，３−トリアジン環、１，２，４−トリアジン環、１，３，５−トリアジン環、１，２，３，４−テトラジン環、１，２，３，５−テトラジン環、１，２，４，５−テトラジン環等の窒素原子含有６員環骨格を有することが好ましい。
【００２４】
前記芳香族単環化合物は、前記５員環骨格または６員環骨格にさらにアルキル基、アリル基、アリール基、アリールアルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、シアノ基、アミノ基、アミド基、ニトロ基、エステル基、ヒドロキシ基、アルデヒド基、アルキルカルボニル基、アリールカルボニル基、ハロゲン基、カルボキシル基、スルホン酸基等の置換基を有していても良い。
【００２５】
これら置換基の中でも、触媒活性を向上させるために、シアノ基、アミノ基、アミド基、ニトロ基等の窒素原子を有する置換基であることが好ましく、１級アミン、２級アミン、３級アミンを含むアミノ基がより好ましく、アミノ基（−ＮＨ２）がさらに好ましい。
【００２６】
芳香族単環化合物は、置換基も含めて窒素原子を分子内に２個以上有するが、触媒活性を向上させるためには、窒素原子を分子内に３個以上有することが好ましく、４個以上有することがより好ましく、５個以上有することがさらに好ましく、６個以上有することが特に好ましい。
【００２７】
窒素原子を分子内に２個以上含む、５員環構造または６員環構造を有する芳香族単環化合物の具体例としては、ピラゾール、１，２，４−トリアゾール、１，３，４−トリアゾール、メラミン等が挙げられ、１，２，４−トリアゾール、１，３，４−トリアゾール、メラミンが好ましく、分子内の窒素原子の数が多く、低コストで入手可能なメラミンがより好ましい。
【００２８】
メラミンは、分子式がＣ３Ｈ６Ｎ６であり、総分子数１５個のうち窒素原子が６個、すなわち４０％を占める。同様にして、１，２，４−トリアゾール及び１，３，４−トリアゾールは、分子式がＣ２Ｈ３Ｎ３であり、総分子数８個のうち窒素原子が３個、すなわち３７．５％を占める。また、ピラゾールは、分子式がＣ３Ｈ４Ｎ２であり、総分子数９個のうち窒素原子が２個、すなわち２２％を占める。このことから、触媒活性を向上させるためには、上記芳香族単環化合物は、総分子数のうち窒素原子が占める割合が、２０％以上、好ましくは３０％以上、より好ましくは４０％以上であることが好ましい。
【００２９】
前記遷移金属としては、周期律表の３Ａ族〜７Ａ族、８族および１Ｂ族に属する元素であれば特に制限はないが、触媒活性が高いことから、８族であることが好ましく、その中でもＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｐｔであることがより好ましく、Ｆｅ，Ｃｏが特に好ましい。
【００３０】
導電性担体としては、カーボンブラック、ガラス状カーボン、グラファイト、活性炭、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等の炭素質材料、ラネーニッケル、ラネー鉄、ラネーコバルト、ラネー銅、ラネー銀等のポーラス金属等が挙げられるが、触媒活性が高いことから炭素質材料が好ましく、カーボンブラックがより好ましい。
【００３１】
導電性担体の比表面積は、高い触媒活性とするために、２００ｍ２／ｇ〜３０００ｍ２／ｇ〜の範囲であることが好ましく、５００ｍ２／ｇ〜１５００ｍ２／ｇの範囲であることがより好ましい。
【００３２】
また、触媒活性を向上させるためには、窒素原子を分子内に２個以上含む芳香族単環化合物と、遷移金属との錯体を導電性担体に担持させたときに、導電性担体表面において窒素原子の量が多い方がよく、０．５ｗｔ％以上であることが好ましく、０．８ｗｔ％以上であることがより好ましい。この導電性担体の単位面積あたりの窒素原子の量は、ＸＰＳ装置（Ｘ線光電子分光分析装置）を使用して求めることができる。
【００３３】
本実施形態に係る燃料電池用電極触媒は、例えば、溶媒中で芳香族単環化合物と、遷移金属塩と、導電性担体とを混合、撹拌し、溶媒を除去した後、熱処理を行うことによって得ることができる。また、溶媒中で芳香族単環化合物と遷移金属塩とを混合、撹拌した後、溶媒を除去して、芳香族単環化合物と遷移金属との錯体を単離した後、溶媒中でその錯体と導電性担体の粉末とを混合、撹拌し、溶媒を除去した後、熱処理を行うことによっても得ることができる。
【００３４】
通常は、溶媒に芳香族単環化合物を溶解させて溶液を調整し、その溶液に導電性担体を添加、撹拌後、遷移金属塩を溶媒に溶解させた溶液を添加して、さらに混合、撹拌し、溶媒を除去した後、熱処理を行うことによって得ることができる。
【００３５】
遷移金属塩としては、前記遷移金属の塩であれば特に制限はないが、例えば、遷移金属の塩化物，臭化物，ヨウ化物等のハロゲン化物、炭酸化物、水酸化物、酸化物、酢酸塩、硫酸塩等の形態であり、それらは含水塩であってもよい。
【００３６】
遷移金属塩は、例えば、芳香族単環化合物に対して０．２モル比〜２モル比の割合で添加する。
【００３７】
溶媒としては、芳香族単環化合物及び遷移金属塩を溶解することができればよく特に制限はないが、水や、メタノール、エタノール等のアルコール等の有機溶媒、あるいは水と水溶性有機溶媒との混合溶媒を用いることができ、取り扱いの点から水、及びメタノール、エタノール等のアルコールであることが好ましい。
【００３８】
溶媒中での芳香族単環化合物と遷移金属塩と導電性担体との混合、撹拌を行う温度は、溶媒に芳香族単環化合物及び遷移金属塩が十分に溶解されればよく特に制限はないが、通常、１０℃〜５０℃の範囲、好ましくは２０℃〜４０℃の範囲である。
【００３９】
溶媒中での芳香族単環化合物と遷移金属塩と導電性担体との混合、撹拌を行う時間は、溶媒に芳香族単環化合物及び遷移金属塩が十分に溶解し、混合されればよく特に制限はない。
【００４０】
前記錯体を導電性担体に担持させる方法としては、上記の溶解乾燥法の他にも、プラズマ重合法、加熱蒸着法、ＣＶＤ法等の従来公知の方法が挙げられる。
【００４１】
また、上記加熱処理の温度は、錯体の形成及び錯体の導電性担体表面上への担持が十分に行われればよく特に制限はないが、１００℃〜１０００℃の温度であることが好ましく、４００℃〜７００℃の温度であることがより好ましい。
【００４２】
また、熱処理は通常、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行われる。
【００４３】
また、熱処理を行う処理時間は、錯体の形成及び錯体の導電性担体表面上への担持が十分に行われればよく特に制限はないが、通常、３０分〜８時間程度である。
【００４４】
本実施形態に係る燃料電池用電極触媒は、燃料電池の燃料極及び空気極の触媒として用いることができるが、酸素還元活性が高いため、特に空気極の触媒として用いることが好ましい。
【００４５】
本実施形態に係る燃料電池用電極触媒は、導電性担体の単位表面積当たりの窒素原子の数が多いため、すなわち酸素還元活性点が多いため、ピロール等の窒素原子を分子内に１個しか有さない芳香族単環化合物と、遷移金属との錯体を導電性担体に担持させたものに比べて、触媒活性を向上させることができる。
【００４６】
本実施形態に係る燃料電池用電極触媒は、従来の白金系触媒あるいはポルフィリン錯体、フタロシアニン錯体等の窒素原子含有有機金属錯体に比べて、合成が容易で、大幅にコストを低減することができる。
【００４７】
＜燃料電池＞
次に、このようにして得られた燃料電池用電極触媒を使用する燃料電池について説明する。本実施形態に係る燃料電池は、燃料極（アノード触媒層）と、電解質層と、空気極（カソード触媒層）とを有する。
【００４８】
図１に、本実施形態に係る燃料電池の構成の一例の断面図を示す。燃料電池１は、電解質膜１０、燃料極（アノード触媒層）１２、空気極（カソード触媒層）１４、拡散層１６、セパレータ１８により構成される。
【００４９】
図１に示すように、燃料電池１は、電解質膜１０の一方の表面に燃料極１２が、もう一方の表面に空気極１４が電解質膜１０を挟んでそれぞれ対向するように形成された膜電極複合体２０（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）と、膜電極複合体２０を挟んで両面に設けられた拡散層１６と、拡散層１６の両外側を挟持する櫛型状のセパレータ１８とを備える。櫛型状のセパレータ１８の空洞部は、燃料極１２及び空気極１４にそれぞれ水素ガス、空気等の原料を供給するための原料供給路２２，２４となっている。
【００５０】
電解質膜１０としては、プロトン（Ｈ＋）や酸素イオン（Ｏ２−）等のイオン伝導性の高い材料であれば特に制限はなく、例えば、固体高分子電解質膜、安定化ジルコニア膜等が挙げられるが、好ましくはパーフルオロスルホン酸系等の固体高分子電解質膜が用いられる。具体的には、ジャパンゴアテックス（株）のゴアセレクト（Ｇｏｒｅｓｅｌｅｃｔ、登録商標）、デュポン社（Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社）のナフィオン（Ｎａｆｉｏｎ、登録商標）、旭化成（株）のアシプレックス（Ａｃｉｐｌｅｘ、登録商標）、旭硝子（株）のフレミオン（Ｆｌｅｍｉｏｎ、登録商標）等のパーフルオロスルホン酸系固体高分子電解質膜を使用することができる。電解質膜１０の膜厚は例えば、１０μｍ〜２００μｍ、好ましくは３０μｍ〜５０μｍの範囲である。
【００５１】
また、電解質膜１０には、必要に応じて補強膜として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、超高分子量ポリエチレン、ポリイミド等の、好ましくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の延伸多孔質膜を設けてもよい。この場合、溶液キャスト法等の方法により補強膜の表裏面に電解質膜１０を形成する。補強膜の表裏面に電解質膜１０が形成された３層構造であってもよいが、５層構造、あるいはそれ以上の層構造であってもよく、通常は、７層構造で用いられる。補強膜の膜厚は通常、５μｍ〜１００μｍである。
【００５２】
燃料極１２は、例えば、白金（Ｐｔ）等をルテニウム（Ｒｕ）等の他の金属と共に担持したカーボン等の触媒をナフィオン（登録商標）等の固体高分子電解質等の樹脂に分散させて成膜されたものである。また、燃料極１２として前記燃料電池用電極触媒を用いてもよい。燃料極１２の膜厚は例えば、１μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜２０μｍの範囲である。
【００５３】
空気極１４には、前記燃料電池用電極触媒をナフィオン（登録商標）等の固体高分子電解質等の樹脂に分散させて成膜されたものである。空気極１４の膜厚は例えば、１μｍ〜１００μｍ、好ましくは１μｍ〜２０μｍの範囲である。
【００５４】
燃料極１２及び空気極１４は、上記固体高分子電解質等の樹脂をメタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒等に溶解させた溶液に、触媒を分散させたペーストの形態として、電解質膜の片面あるいは両面に、スプレ法、浸漬法、スクリーン印刷法、転写法、超音波分散法、沈降法等の方法により成膜される。また必要に応じて、燃料極１２及び空気極１４を電解質膜１０上に形成した後、加熱、圧着して、燃料極１２及び空気極１４と電解質膜１０との接合面を強固にしてもよい。
【００５５】
拡散層１６としては、導電性が高く、燃料及び空気等の原料の拡散性が高い材料であれば特に制限はないが、多孔質導電体材料であることが好ましい。導電性の高い材料としては、例えば、金属板、金属フィルム、導電性高分子、カーボン材料等が挙げられ、カーボンクロス、ガラス状カーボン等のカーボン材料が好ましく、カーボンクロス等の多孔質カーボン材料であることがより好ましい。拡散層１６の膜厚は例えば、１００μｍ〜１０００μｍ、好ましくは２００μｍ〜６００μｍの範囲である。
【００５６】
また、拡散層１６は、拡散層１６の撥水性の向上のために、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等の撥水性樹脂を含む撥水ペーストにより撥水処理がされてもよい。
【００５７】
セパレータ１８は、エポキシ樹脂等の樹脂等を主成分として構成され、櫛形形状である。櫛型形状のセパレータ１８の空洞部は、燃料極１２及び空気極１４にそれぞれ水素ガス、空気等の原料を供給するための原料供給路２２，２４となっている。また、セパレータ１８は、櫛型形状に限らず、例えば、円筒状、平板状であってもよい。
【００５８】
このようにして製造された燃料電池１において、燃料極１２側の拡散層１６と空気極１４側の拡散層１６とを外部回路に電気的に接続し、燃料極１２及び空気極１４にそれぞれ原料を供給して運転すれば、電池として機能させることができる。
【００５９】
燃料極１２側に供給する原料としては、水素やメタン等の還元性ガス（燃料ガス）あるいはメタノール等の液体燃料等が挙げられる。空気極１４側に供給する原料としては、酸素や空気等の酸化性ガス等が挙げられる。
【００６０】
燃料電池１において、例えば、燃料極１２に供給する原料を水素ガス、空気極１４に供給する原料を空気として運転した場合、燃料極１２において、
２Ｈ２  →  ４Ｈ＋＋４ｅ−
で示される反応式（水素酸化反応）を経て、水素ガス（Ｈ２）から水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とが発生する。電子（ｅ−）は拡散層１６から外部回路を通り、拡散層１６から空気極１４に到達する。空気極１４において、供給される空気中の酸素（Ｏ２）と、電解質膜１０を通過した水素イオン（Ｈ＋）と、外部回路を通じて空気極１４に到達した電子（ｅ−）により、
４Ｈ＋＋Ｏ２＋４ｅ−  →  ２Ｈ２Ｏ
で示される反応式（酸素還元反応）を経て、水が生成する。このように燃料極１２及び空気極１４において化学反応が起こり、電荷が発生して電池として機能することになる。そして、一連の反応において排出される成分は水であるので、クリーンな電池が構成されることになる。
【００６１】
また、燃料電池としては、図１のような平板状に限らず、チューブ状等であってもよい。
【００６２】
また、本実施形態において、窒素原子を分子内に２個以上含む、５員環構造または６員環構造を有する芳香族単環化合物と、遷移金属との錯体を導電性担体に担持させた燃料電池用電極触媒を含む電極を使用することにより、低コストで高効率の燃料電池を提供することができる。
【００６３】
本実施形態に係る燃料電池は、１つの燃料電池（単セル）を複数個集合させて、直列に接続することにより、必要とする電流、電圧を得ることができる。また、１つの燃料電池（単セル）を複数個集合させて、並列に接続してもよい。
【００６４】
本実施形態に係る燃料電池は、例えば、携帯電話、携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源、自動車用電源、家庭用電源等として用いることができる。
【実施例】
【００６５】
以下、実施例および比較例を挙げ、本発明をより具体的に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００６６】
＜燃料電池用電極触媒の製造＞
（実施例１）
フラスコ中、分子内の窒素原子数が２であるピラゾール０．１６重量部をエタノール１５０重量部に混合し、マグネティックスターラで２３℃で６０分撹拌して溶解させた。そこに、カーボンブラック粉末（ケッチェン（Ketjen）ブラックＥＣ）０．５重量部を添加し、２３℃で６０分撹拌した。次いで、ＣｏＣｌ２・６Ｈ２Ｏ  ０．０６０８重量部（ピラゾールに対して０．５ｍｏｌ比）のエタノール５重量部の溶液をピペットで少しずつ添加し、添加終了後２３℃で３時間撹拌した。エバポレータで溶媒を除去し、残留物をオーブン中、窒素雰囲気下、６００℃で４時間加熱処理を行い、触媒（１）を得た。
【００６７】
＜ペースト及び電極の作成＞
図２に示すように、容器３０中、触媒（１）０．０５重量部、高分子電解質ナフィオン〔Ｎａｆｉｏｎ、登録商標、デュポン社（Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社）製〕の０．５重量％エタノール溶液  １重量部、溶媒エタノール  ２重量部を混合し、２３℃で超音波を照射して６０分間分散し、ペースト３２を作製した。ガラス状カーボン・ディスク電極３６上へピペット３４でペースト３２を１滴滴下後、自然乾燥させて電極３６を作成した。
【００６８】
＜触媒活性の評価＞
触媒活性の評価には、図３に示す評価装置３を使用した。また、図４として、図３に示す評価装置３の作用電極３６の先端部分（点線部分）の拡大図を示す。３電極式の電気化学セル４４を用いて、ポテンショスタット４２（Ｓｅｉｋｏ  ＥＧ＆Ｇ製、Ｍｏｄｅｌ２６３）により触媒活性の評価を行った。電解液４６は、０．１ｍｏｌ／Ｌ過塩素酸を用い、作用電極３６は上記で作製した触媒４８が形成された電極、基準電極３８はＡｇ／ＡｇＣｌ、補助電極４０はＰｔ線を用いた。
【００６９】
〔測定１〕
まず、電解液を窒素雰囲気（流量：１００ｍＬ／ｍｉｎ）下で１時間脱気した後、還元電流を測定した。このとき、作用電極の回転数は１６００ｒｐｍ、測定電位範囲は８００ｍＶ〜−２００ｍＶ、掃引速度は１５ｍＶ／ｓｅｃとした。
【００７０】
〔測定２〕
次に、電解液を酸素（流量：１００ｍＬ／ｍｉｎ）で１時間置換した後、還元電流を測定した。このとき、作用電極の回転数は１６００ｒｐｍ、測定電位範囲は８００ｍＶ〜−２００ｍＶ、掃引速度は１５ｍＶ／ｓｅｃとした。活性を表す指標は、
酸素還元電流[Ａ]＝（測定２で測定した還元電流）−（測定１で測定した還元電流）
とし、測定結果を図５に示す。
【００７１】
（実施例２）
ピラゾールの代わりに、分子内の窒素原子数が３である１，２，４−トリアゾール０．１重量部を用いた以外は実施例１と同様にして触媒（２）を得て、ペースト及び電極を作成し、評価を行った。測定結果を図５に示す。
【００７２】
（実施例３）
ピラゾールの代わりに、分子内の窒素原子数が６であるメラミン０．２１４重量部を用いた以外は実施例１と同様にして触媒（３）を得て、ペースト及び電極を作成し、評価を行った。測定結果を図５に示す。
【００７３】
（比較例１）
ピラゾールの代わりに、分子内の窒素原子数が１であるピロール０．１重量部を用いた以外は実施例１と同様にして触媒（４）を得て、ペースト及び電極を作成し、評価を行った。測定結果を図５に示す。
【００７４】
図５からわかるように、触媒中の芳香族単環化合物が有する窒素数が１である比較例１の触媒（４）に対して、窒素数が２である実施例１の触媒（１）は酸化還元電流が高く、触媒活性が向上したことがわかる。さらに、窒素数が３である実施例２の触媒（２）、窒素数が６である実施例３の触媒（３）は酸化還元電流がさらに高く、触媒活性がさらに向上した。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例における電極の作製方法を示す図である。
【図３】本発明の実施例で使用した触媒活性の評価装置の概略図である。
【図４】図３に示す評価装置における作用電極の先端部分（点線部分）の拡大図である。
【図５】本発明の実施例における、酸素還元電流と、触媒中の芳香族単環化合物が有する窒素原子数との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  燃料電池、３  評価装置、１０  電解質膜、１２  燃料極（アノード触媒層）、１４  空気極（カソード触媒層）、１６  拡散層、１８  セパレータ、２０  膜電極複合体（ＭＥＡ）、２２，２４  原料供給路、３０  容器、３２  ペースト、３４  ピペット、３６  電極（作用電極）、３８  基準電極、４０  補助電極、４２  ポテンショスタット、４４  電気化学セル、４６  電解液、４８  触媒。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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