(57)【要約】【課題】比較的安価で資源量も比較的多い材料を用いて得ることができ、また、酸性電解質中で高電位下においても使用することができる高活性な電極触媒を製造する方法を提供する。【解決手段】以下の第一材料および以下の第二材料を含有する混合物を超臨界状態または亜臨界状態の水の存在下において連続的に水熱反応させて得られる電極触媒の前駆体を、以下の第二材料が炭素材料に変化する条件にて焼成する工程を含む電極触媒の製造方法：第一材料は、４Ａ族元素および５Ａ族元素からなる群より選択される１種以上の金属元素と、水素、窒素、塩素、炭素、硼素、硫黄および酸素からなる群より選択される１種以上の非金属元素とで構成される金属化合物であり、第二材料は、炭素材料前駆体である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の第一材料および以下の第二材料を含有する混合物を超臨界状態または亜臨界状態の水の存在下において連続的に水熱反応させて得られる電極触媒前駆体を、以下の第二材料が炭素材料に変化する条件にて焼成する工程を含む電極触媒の製造方法：
第一材料は、４Ａ族元素および５Ａ族元素からなる群より選択される１種以上の金属元素と、水素、窒素、塩素、炭素、硼素、硫黄および酸素からなる群より選択される１種以上の非金属元素とで構成される金属化合物であり、
第二材料は、炭素材料前駆体である。
【請求項２】
以下の第一材料を超臨界状態または亜臨界状態の水の存在下において連続的に水熱反応させて得られる反応物と以下の第二材料とを混合して得られる電極触媒の前駆体を、以下の第二材料が炭素材料に変化する条件にて焼成する工程を含む電極触媒の製造方法：
第一材料は、４Ａ族元素および５Ａ族元素からなる群より選択される１種以上の金属元素と、水素、窒素、塩素、炭素、硼素、硫黄および酸素からなる群より選択される１種以上の非金属元素とで構成される金属化合物であり、
第二材料は、炭素材料前駆体である。
【請求項３】
第一材料における前記金属元素が、ＺｒまたはＴｉである請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記焼成の雰囲気が、無酸素の雰囲気である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極触媒の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電極触媒は、電極（特に電極の表面部位）に担持される固体触媒であり、例えば水の電解装置、有機物の電解装置、燃料電池などの電気化学システムに用いられている。酸性電解質中で用いられる電極触媒としては、貴金属が挙げられる。貴金属の中でも特に白金は、酸性電解質中で、高電位であっても、安定であるため、広く用いられている。
【０００３】
しかし、白金は高価格で、資源量も限られているため、比較的安価で、資源量が比較的多い材料からなる電極触媒が求められている。
【０００４】
比較的安価で酸性電解質中で用いることができる電極触媒としては、炭化タングステンが知られている（非特許文献１参照）。また、高電位での使用時に溶解し難い電極触媒としては、酸化ジルコニウムからなる電極触媒が知られている（非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】米山宏ら、「電気化学」第４１巻、第７１９頁（１９７３年）
【非特許文献２】Ｙａｎ  Ｌｉｕら、「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」８（８）、２００５、Ａ４００〜４０２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の炭化タングステンからなる電極触媒は高電位において溶解してしまうという問題があり、また、酸化ジルコニウムからなる電極触媒は、取り出せる電流値が少なく、これらの電極触媒は、電極触媒としての使用に十分に耐えうるものではない。本発明の目的は、比較的安価で資源量も比較的多い材料を用いて得ることができ、また、酸性電解質中で高電位下においても使用することができる高活性な電極触媒を製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、種々検討した結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち本発明は、下記の手段を提供する。
＜１＞  以下の第一材料および以下の第二材料を含有する混合物を超臨界状態または亜臨界状態の水の存在下において連続的に水熱反応させて得られる電極触媒の前駆体を、以下の第二材料が炭素材料に変化する条件にて焼成する工程を含む電極触媒の製造方法：
第一材料は、４Ａ族元素および５Ａ族元素からなる群より選択される１種以上の金属元素と、水素、窒素、塩素、炭素、硼素、硫黄および酸素からなる群より選択される１種以上の非金属元素とで構成される金属化合物であり、
第二材料は、炭素材料前駆体である。
＜２＞  以下の第一材料を超臨界状態または亜臨界状態の水の存在下において連続的に水熱反応させて得られる反応物と以下の第二材料とを混合して得られる電極触媒の前駆体を、以下の第二材料が炭素材料に変化する条件にて焼成する工程を含む電極触媒の製造方法：
第一材料は、４Ａ族元素および５Ａ族元素からなる群より選択される１種以上の金属元素と、水素、窒素、塩素、炭素、硼素、硫黄および酸素からなる群より選択される１種以上の非金属元素とで構成される金属化合物であり、
第二材料は、炭素材料前駆体である。
＜３＞  第一材料における前記金属元素が、ＺｒまたはＴｉである前記＜１＞または＜２＞のいずれかに記載の方法。
＜４＞  前記焼成の雰囲気が、無酸素の雰囲気である＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載の方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、酸性電解質中で高電位下においても使用することができ、高い活性を示す電極触媒を得ることができる。しかも、比較的安価で資源量も比較的多い材料を用いて電極触媒を得ることができ、本発明は工業的に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】連続的に水熱反応を行うための反応装置（流通式反応装置）の概要を示す模式図。
【図２】流通式反応装置における反応器の概要を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第一の発明）
本発明の電極触媒の製造方法は、以下の第一材料および以下の第二材料を含有する混合物を、超臨界状態または亜臨界状態の水の存在下において連続的に水熱反応させて得られる電極触媒の前駆体を、以下の第二材料が炭素材料に変化する条件にて焼成する工程を含む。
ここで、第一材料は、４Ａ族元素および５Ａ族元素からなる群より選択される１種以上の金属元素と、水素、窒素、塩素、炭素、硼素、硫黄および酸素からなる群より選択される１種以上の非金属元素とで構成される金属化合物であり、
第二材料は、炭素材料前駆体である。
【００１２】
（第二の発明）
本発明の電極触媒の製造方法は、以下の第一材料を超臨界状態または亜臨界状態の水の存在下において連続的に水熱反応させて得られる反応物と、以下の第二材料とを混合して得られる電極触媒の前駆体を、以下の第二材料が炭素材料に変化する条件にて焼成する行程を含む。
ここで、第一材料は、４Ａ族元素および５Ａ族元素からなる群より選択される１種以上の金属元素と、水素、窒素、塩素、炭素、硼素、硫黄および酸素からなる群より選択される１種以上の非金属元素とで構成される金属化合物であり、
第二材料は、炭素材料前駆体である。
【００１３】
上記の本発明によれば、比較的安価で資源量も比較的多い材料を用いて電極触媒を得ることができ、また、酸性電解質中で、例えば、０．４Ｖ以上という比較的高い電位下においても、比較的高い活性を示す電極触媒が得られる。
【００１４】
本発明の方法で使用される第一材料は、４Ａ族元素および５Ａ族元素からなる群より選択される１種以上の金属元素と、水素、窒素、塩素、炭素、硼素、硫黄および酸素から選択される１種以上の非金属元素とで構成される金属化合物である。第一材料の金属化合物における金属元素は、４Ａ族元素の金属元素または５Ａ族元素の金属元素であることが好ましく、Ｚｒ、Ｔｉ、ＴａまたはＮｂであることがより好ましく、ＺｒまたはＴｉであることがさらにより好ましく、Ｔｉであることがとりわけ好ましい。また、前記金属化合物における好ましい非金属元素は、水素、塩素および酸素から選択される１種以上の非金属元素である。金属元素がＺｒである場合の金属化合物としては、たとえば水酸化ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウムなどがあげられる。また、金属元素がＴｉである場合の金属化合物としては、たとえば水酸化チタン、四塩化チタン、メタチタン酸、オルソチタン酸、硫酸チタン、チタンアルコキシドなどがあげられる。
【００１５】
本発明の方法で使用される第二材料は炭素材料前駆体である。炭素材料前駆体は、焼成により炭素材料に変化させることができる。炭素材料前駆体としては、例えばグルコース、フルクトース、スクロース、セルロース、ハイドロプロピルセルロースなどの糖類、ポリビニルアルコールなどのアルコール類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのグリコール類、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル類、アクリルニトリル、ポリアクリルニトリルなどのニトリル類、コラーゲン、ケラチン、フェリチン、ホルモン、ヘモグロビン、アルビミンなどの各種タンパク質、グリシン、アラニン、メチオニンなどのアミノ酸等の生体物質、アスコルビン酸、クエン酸、ステアリン酸などがあげられる。第二材料は、上記の材料の中でも、酸素を有する材料であることが好ましい。
【００１６】
上記の第一の発明においては、上記第一材料および上記第二材料を含有する混合物を、超臨界状態または亜臨界状態の水の存在下において連続的に水熱反応させて電極触媒の前駆体が得られる。第一の発明では、第二材料として酸素を有する材料を用いると、得られた電極触媒の前駆体は、Ｍ−Ｏ−Ｃ結合（ここで、Ｍは４Ａ族元素および５Ａ族元素からなる群より選択される１種以上の金属元素であり、Ｏは酸素であり、Ｃは炭素である。）を持つことができる。より高活性な電極触媒を得る観点で、電極触媒の前駆体は、Ｍ−Ｏ−Ｃ結合を持つことが好ましい。この場合、Ｍ−Ｏ−Ｃ結合の強度は大きいことが好ましい。具体的に、Ｍ−Ｏ−Ｃ結合強度は好ましくは０．０１５以上であり、より好ましくは０．０２０以上である。
【００１７】
上記の第二の発明においては、上記第一材料を超臨界状態または亜臨界状態の水の存在下において連続的に水熱反応させて得られる反応物と、上記第二材料とを混合して、電極触媒の前駆体が得られる。
【００１８】
上記混合には、ボールミル、Ｖ型混合機、攪拌機等の、工業的に通常用いられている装置を用いることができる。このときの混合は、乾式混合、湿式混合のいずれによってもよい。また、湿式混合の後には、炭素材料前駆体が分解しない程度の温度で乾燥を行ってもよい。
【００１９】
なお、水の超臨界点は、３７４℃、２２ＭＰａである。本発明において、超臨界状態の水とは、温度３７４℃以上かつ圧力２２ＭＰａ以上である条件下の水のことを意味する。また、本発明において、亜臨界状態の水とは、温度２５０℃以上である条件下の水のことを意味し、かつ圧力２０ＭＰａ以上であることが好ましい。また、本発明において、水熱反応を行うための反応装置としては、連続式（流通式）の反応装置を用いる。
【００２０】
以下に、本発明において連続的に水熱反応を行うための反応装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、連続的に水熱反応を行うための流通式反応装置の概要を示す図である。水タンク１１，２１は、水を供給するためのタンクである。原料タンク２２は、原料スラリーを供給するためのタンクである。弁１１０，２１０，２２０を開けることにより、これらのタンクから液が供給される。上記の第一の発明の場合、上記原料スラリーは第一材料および第二材料を含有する混合物のスラリーまたは水溶液であり、また、上記の第二の発明の場合、上記原料スラリーは第一材料のスラリーまたは水溶液である。送液ポンプ１３の駆動により水タンク１１から加熱器１４に液が送られ、送液ポンプ２３の駆動により水タンク２１または原料タンク２２から加熱器２４に液が送られる。
【００２１】
加熱器２４では、原料スラリーを予備的に加熱することができる。予備加熱の温度は、好ましくは１００℃〜３３０℃であり、より好ましくは１５０℃〜３００℃である。第一の発明においては、第一材料および第二材料を含有する混合物を予備的に加熱することが好ましい。この場合、第二材料が酸素を有する材料であることがより好ましい。第一材料と、酸素を有する材料である第二材料とを含有する混合物を予備的に加熱することにより、得られる電極触媒の前駆体のＭ−Ｏ−Ｃ結合強度をより大きくすることができる。それゆえ、さらにより高活性な電極触媒が得られる。この混合物の予備加熱により、混合物の水熱反応が部分的に行われてもよい。
【００２２】
加熱器１４と加熱器２４に送られたそれぞれの液は、混合部３０で混合され、主に反応器４０内で水熱反応する。図２は、反応器の概要を示す図である。反応器４０内には、内部配管４１とその配管を加熱する加熱器４４があり、内部配管４１は外部の配管に接続されている。水熱反応後、生成したスラリーは、冷却器５１により冷却され、背圧弁５３を通過して、回収容器６０で回収される。
【００２３】
図１において、弁１１０と、弁２１０（または弁２２０）とを開け、送液ポンプ１３，２３を動かし、さらに、背圧弁５３を開閉することにより、これら送液ポンプ１３，２３から背圧弁５３までの配管内の圧力を調節することができる。また加熱器１４，２４および反応器４０内の加熱器４４の温度を調節することにより、超臨界状態または亜臨界状態の水を得ることができる。
【００２４】
より具体的には、送液ポンプ１３，２３を駆動させ、背圧弁５３を用いて配管内の圧力を適宜調節して、加熱器１４，２４および反応器４０内の加熱器４４の温度を適宜調節して、反応器内の水を超臨界状態または亜臨界状態になるように調整する。原料タンク２２から原料スラリーを送ると、混合部３０以降の配管内で水熱反応が行われ、水熱反応物が生成し、生成したスラリーを回収容器６０で回収することができる。また、原料スラリーを原料タンク２２から送る前後に、水タンク２１から水を送り、配管の予備加熱、配管の洗浄などを行うことも可能である。水熱反応後、生成したスラリーについて、フィルター５２を用いて、粗大粒子の除去を行うことなどにより、スラリー中の粒子の粒度を調整してもよい。
【００２５】
また、反応器４０内の内部配管４１の長さを調節することで、反応時間を調節することができる。内部配管４１の形状として、例えば、ジグザグ状、らせん状など、種々の形状を選択使用することにより、内部配管４１の長さを調整することができる。
【００２６】
配管、内部配管の材質は、原料スラリーの種類や、水熱反応の温度、圧力などの条件に基づき、適切な材料を選択すればよいが、材料としては、例えばＳＵＳ３１６などのステンレス鋼や、ハステロイ、インコネルなどのニッケル合金、あるいはチタン合金をあげることができる。通過する液の特性に応じて、金などの耐食性の高い材料で配管の内面の一部または全部をライニングしてもよい。
【００２７】
回収容器６０で回収された水熱反応の生成スラリーについては、固液分離、洗浄、乾燥して、粉末状態で電極触媒の前駆体として用いてもよいし、スラリー状態で用いてもよい。
【００２８】
上記の第一の発明の場合、上記水熱反応物が電極触媒の前駆体として用いられる。蒸気の第二の発明の場合、上記水熱反応物と上記第二材料との混合物が電極触媒の前駆体として用いられる。
【００２９】
前記電極触媒の前駆体を、第二材料が炭素材料に変化する条件にて焼成することにより本発明における電極触媒が得られる。焼成の雰囲気としては、電極触媒を効率的に合成するために無酸素の雰囲気であることが好ましく、コストの観点から無酸素の雰囲気は、窒素雰囲気であることが好ましい。この焼成の際に用いられる炉は、雰囲気を制御することができる炉であればよく、例えば、管状電気炉、トンネル炉、遠赤外線炉、マイクロ波加熱炉、ローラーハース炉、ロータリー炉などがあげられる。焼成は、回分式で行われてもよいし、連続式で行われてもよい。また電極触媒の前駆体を静置した状態で焼成する静止式で焼成してもよいし、電極触媒の混合前駆体を流動状態として焼成する流動式で焼成してもよい。
【００３０】
焼成温度は、炭素材料前駆体の種類および焼成雰囲気の種類を考慮して適宜設定すればよいが、炭素材料前駆体が炭素材料に変化する温度、すなわち炭素材料前駆体が分解し炭化する温度で行えばよく、焼成温度として、具体的には、例えば４００℃〜１１００℃、好ましくは、５００℃〜１０００℃、より好ましくは５００℃〜９００℃、さらにより好ましくは７００℃〜９００℃である。電極触媒のＢＥＴ比表面積は、焼成温度制御により、制御することができる。なお、本発明において、第二材料が炭素材料に変化する条件とは、第二材料が分解することにより炭化して炭素材料になりうる条件のことを意味する。
【００３１】
焼成の際の昇温速度は、実用的な範囲であれば特に限定されるものではなく、通常１０℃／時間〜６００℃／時間、好ましくは５０℃／時間〜５００℃／時間であり、このような昇温速度で、前記焼成温度まで昇温して、０．１時間〜２４時間、好ましくは１時間〜１２時間程度、保持して焼成を行えばよい。
【００３２】
本発明における電極触媒の炭素量としては、好ましくは０．１質量％以上５０質量％以下、より好ましくは０．５質量％以上４５質量％以下、さらにより好ましくは３質量％以上４０質量％以下、特に好ましくは１５質量％以上３５質量％以下である。本発明において、炭素量としてはイグロス値を用い、具体的には、電極触媒をアルミナ坩堝にいれ、大気雰囲気で１０００℃で３時間焼成を行ったときに、次の式により算出される炭素量の値を用いる。
炭素量（質量％）＝（ＷＩ−ＷＡ）／ＷＩ×１００
（ここで、ＷＩは焼成前の電極触媒質量、ＷＡは焼成後の質量である。）
【００３３】
上述の本発明の方法により得られた電極触媒は、酸性電解液中で、高電位下においても使用することができ、高い活性を示すことのできる電極触媒である。
【００３４】
本発明において、電極触媒のＢＥＴ比表面積は、１５ｍ２／ｇ以上５００ｍ２／ｇ以下であることが好ましく、より好ましくは、５０ｍ２／ｇ以上３００ｍ２／ｇ以下である。ＢＥＴ比表面積をこのように設定することで、活性をより高めることができる。
【００３５】
本発明において、電極触媒の以下の式（１）により求めた炭素被覆率は、０．０５以上０．５以下であることが好ましく、より好ましくは０．１以上０．３以下である。
炭素被覆率＝炭素量（質量％）／ＢＥＴ比表面積（ｍ２／ｇ）    （１）
【００３６】
本発明において、電極反応を促進するために、電極触媒の仕事関数値は２ｅＶ以上６ｅＶ以下であることが好ましく、より好ましくは３ｅＶ以上５ｅＶ以下である。仕事関数値として、理研計器（株）製の光電子分光装置「ＡＣ−２」を用い、光量測定５００ｎＷ、測定エネルギー４．２ｅＶ〜６．２ｅＶの条件で測定し、電流検出時のエネルギー値を用いることができる。
【００３７】
また、本発明は、チタンおよび酸素を含む金属化合物と、該化合物の表面の少なくとも一部を被覆する炭素材料とから構成され、ＢＥＴ比表面積が１５ｍ２／ｇ以上５００ｍ２／ｇ以下である電極触媒であることが好ましい。該電極触媒を電気化学システムの電極触媒として用いることで、より大きな酸素還元電流を取り出すことが可能となる。また、チタンは、資源量が豊富でもあり、このことは、燃料電池などの電気化学システムの普及もしくは大型化などに、有利にはたらく。
【００３８】
本発明の方法により得られる電極触媒の使用により、電極触媒を含有する電極触媒組成物を得ることもできる。電極触媒組成物は、通常、分散媒を有する。電極触媒組成物は、電極触媒を分散媒に分散させて得ることができる。分散媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ノルマルプロパールなどのアルコール類やイオン交換水などの水等があげられる。
【００３９】
分散の際には、分散剤を用いてもよい。分散剤としては、例えば硝酸、塩酸、硫酸などの無機酸、シュウ酸、クエン酸、酢酸、リンゴ酸、乳酸などの有機酸、オキシ塩化ジルコニウムなどの水溶性ジルコニウム塩、ポリカルボン酸アンモニウム、ポリカルボン酸ナトリウムなどの界面活性剤、エピカテキン、エピガロカテキン、エピガロカテキンガレードなどのカテキン類があげられる。
【００４０】
電極触媒組成物は、イオン交換樹脂を含有していてもよい。イオン交換樹脂を含有する場合は、電極触媒組成物は、燃料電池用として特に好適である。イオン交換樹脂としては、ナフィオン（デュポン社の登録商標）などのフッ素系イオン交換樹脂、スルホン化されたフェノールホルムアルデヒド樹脂などの炭化水素系イオン交換樹脂などのカチオン交換樹脂があげられる。
【００４１】
電極触媒組成物は、導電材を含有してもよい。導電材としてはカーボンファイバー、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、導電性酸化物、導電性酸化物繊維または導電性樹脂などがあげられる。また、電極触媒組成物は、Ｐｔ、Ｒｕ等の貴金属や、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ等の遷移金属を含有することもできる。これらの貴金属、遷移金属を含有する場合には、その含有割合は、微量（例えば、電極触媒１００質量部に対して、０．１質量部〜１０質量部程度）であることが好ましい。
【００４２】
本発明において、電極触媒は、電気化学システムに用いることができ、好ましくは燃料電池用の電極触媒として、より好ましくは固体高分子形燃料電池用の電極触媒として、よりさらに好ましくは固体高分子形燃料電池のカソード部の電極触媒として用いることができる。
【００４３】
本発明における電極触媒は、酸性電解質中において可逆水素電極電位に対して０．４Ｖ以上の電位で好適に使用することができ、かつ比較的高活性であるために、例えば電気化学システムにおいて、電極に担持され、酸素を還元するために用いられる酸素還元触媒として有用である。酸素還元触媒として用いる場合の電位の好適な上限は、電極触媒の安定性にもより、酸素発生する電位である１．６Ｖ程度まで使用可能である。１．６Ｖを越えると、酸素発生と同時に電極触媒が表面から除々に酸化されて、電極触媒が完全に酸化物になって、失活してしまうこともある。電位が０．４Ｖ未満では、電極触媒の安定性という観点では好適とはいえるものの、酸素還元触媒という観点からは有用性に乏しいこともある。
【００４４】
電極触媒組成物は、カーボンクロス、カーボンペーパー等の電極に担持させて、酸性電解質中での水の電気分解、有機物の電気分解などに用いることもできる。また、固体高分子形燃料電池やリン酸形燃料電池等の燃料電池を構成する電極に担持させて用いることもできる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。
【００４６】
なお、各実施例における評価方法は以下の通りである。
（１）ＢＥＴ比表面積（ｍ2／ｇ）は、窒素吸着法により求めた。
（２）結晶構造は、粉末Ｘ線回折装置を用いて解析した。
（３）炭素量としては、得られた電極触媒をアルミナ坩堝にいれ、箱型炉にて大気雰囲気で１０００℃で３時間焼成したとき、次の式により算出される炭素量の値（イグロス値）を用いた。
炭素量（質量％）＝（ＷＩ−ＷＡ）／ＷＩ×１００
（ここで、ＷＩは焼成前の電極触媒質量、ＷＡは焼成後の質量である。）
（４）炭素被覆率は次の式にて算出した。
炭素被覆率＝炭素量（質量％）／ＢＥＴ比表面積（ｍ2／ｇ）
（５）試料のＭ−Ｏ−Ｃ結合強度は、フーリエ変換赤外分光法で求めた。装置としてフーリエ変換赤外分光光度計（ジャスコエンジニアリング（株）製、装置名ＦＴ／ＩＲ−４６０ＰＬＵＳ）を用い、ＡＴＲアタッチメントを用いた。分解能は４ｃｍ-1であり、積算回数は３２回である。Ｍ−Ｏ−Ｃ結合強度は、１６００ｃｍ−１の吸光度の強度値（ここでバックグラウンドの値は除去されている）である。
【００４７】
製造例１：第一材料（Ｔｉ含有化合物）の調製
硫酸チタン（ＩＶ）水溶液（関東化学（株）製、硫酸チタン１２質量％に希釈）と、ＮＨ３水（関東化学（株）製、４質量％に希釈）とを用いて、これらの中和を行い、得られた沈殿物をろ過、洗浄して、第一材料（Ｔｉ含有化合物）を得た。この第一材料を、ｐＨが１０．５に調整されたＮＨ３水に１質量％の濃度で分散させＴｉ含有化合物スラリーを得た。
【００４８】
製造例２：第一材料（Ｚｒ含有化合物）の調製
オキシ塩化ジルコニウム（和光純薬製）を純水に溶解して得た水溶液（オキシ塩化ジルコニウム８質量％）と、ＮＨ３水（関東化学（株）製、４質量％に希釈）とを用いて、これらの中和を行い、得られた沈殿物をろ過・洗浄して、第一材料（Ｚｒ含有化合物）を得た。粉末Ｘ線回折測定の結果、この第一材料は、水酸化ジルコニウムであることがわかった。この第一材料を、ｐＨが１０．５に調整されたＮＨ３水に、第一材料が１質量％となる濃度で分散させ、Ｚｒ含有化合物スラリーを得た。
【００４９】
製造法３：第一材料（Ｚｒ含有化合物）の調製
水酸化ジルコニウム（第一稀元素製、Ｒ型水酸化ジルコニウム）を第一材料として用いた。この第一材料を、ｐＨが１０．５に調整されたＮＨ３水に、第一材料が１質量％となる濃度で分散させ、Ｚｒ含有化合物スラリーを得た。
【００５０】
実施例１
〔電極触媒の調製〕
第一材料のスラリーとして、製造例１により得られたＴｉ含有化合物スラリーを用いた。第二材料として、グルコース（和光純薬製）を用いた。Ｔｉ含有化合物スラリー１２００ｍＬにグルコース１２ｇを添加して得られた混合物を、図１で示すことができる流通反応装置の原料タンク２２に入れた。水タンク１１，２１に水を入れ、送液ポンプ１３，２３を駆動させて、弁１１０、２１０を開けて、これらの水の送液を開始した。ここで、送液ポンプ１３における液の流速を１６．７ｍＬ／分に、送液ポンプ２３における液の流速を３．３３ｍＬ／分に調節した。背圧弁５３を用いて、配管内圧力を３０ＭＰaに調節した。加熱器１４を４００℃に、加熱器２４を２５０℃に、反応器４０内の加熱器４４の温度を３５０℃に調節した。定常状態における混合部３０の液温を測定したところ３８０℃であり、混合部３０の水が超臨界状態の水であることを確認した。その後、弁２１０を閉め、弁２２０を開けることにより、液供給タンクを水タンク２１から原料タンク２２に切り替えた。原料タンク２２から原料スラリーを供給した。加熱器２４出口の液温は、２５０℃であった。水熱反応を行い、回収容器６０にて、生成スラリーを回収した。回収した生成スラリーをろ過により固液分離し、６０℃、３時間の条件で乾燥して、電極触媒の前駆体を得た。該前駆体を、アルミナ製ボートに入れ、内容積１３．４Ｌの管状型電気炉〔(株)モトヤマ製〕中で、窒素ガスを１．５Ｌ／分の流量で流通させながら、昇温速度３００℃／時間で室温（約２５℃）から８００℃まで昇温し、８００℃で１時間保持することにより該前駆体を焼成して、電極触媒１を得た。得られた電極触媒１は、炭素で被覆された酸化チタンであった。電極触媒１のＢＥＴ比表面積は７５ｍ2／ｇ、炭素量は１５質量％、炭素被覆率は０．２、結晶形は正方晶系（アナターゼ）であった。
【００５１】
〔電気化学システムでの評価〕
電極触媒１を０．０２ｇ秤量し、純水５ｍＬとイソプロピルアルコール５ｍＬの混合溶媒に添加し、これに超音波を照射して懸濁液とした。この懸濁液２０μＬをグラッシーカーボン電極〔６ｍｍ径、電極面積は２８．３ｍｍ2〕に塗布し、乾燥して、その上に「ナフィオン（登録商標）」〔デュポン社製、固形分濃度５質量％の十倍希釈サンプル〕を１３μＬ塗布し、乾燥した後、さらに真空乾燥機にて１時間処理をすることで電極触媒１をグラッシーカーボン電極上に担持させた修飾電極を得た。この修飾電極を濃度０．１モル／Ｌの硫酸水溶液中に浸漬し、室温、大気圧下、酸素雰囲気および窒素雰囲気において、銀塩化銀電極電位に対して−０．２５〜０．７５Ｖ（可逆水素電極電位換算０．０２５〜１．０２５Ｖ）の走査範囲で、５０ｍＶ／ｓの走査速度で電位をサイクルした。サイクルごとの各電位における電流値を比較し、電極安定性を確認したところ、走査電位範囲内で電流値の変動はなく、サイクルごとの各電位における電流値は安定していた。また、可逆水素電極電位に対して０．４Ｖの電位での酸素雰囲気と窒素雰囲気の電流値を比較することにより、酸素還元電流を求めたところ、酸素還元電流は、電極の単位面積当たりで２４０９μＡ／ｃｍ2であった。
【００５２】
実施例２
〔電極触媒の調製〕
第一材料のスラリーとして、製造例２により得られたＺｒ含有化合物スラリーを用いた。第二材料として、グルコース（和光純薬製）を用いた。Ｚｒ含有化合物スラリー６００ｍＬにグルコース６ｇを添加して得られた混合物を、図１で示すことができる流通反応装置の原料タンク２２に入れた。水タンク１１，２１に水を入れ、送液ポンプ１３，２３を駆動させて、弁１１０、２１０を開けて、これらの水の送液を開始した。ここで、送液ポンプ１３における液の流速を１６．７ｍＬ／分に、送液ポンプ２３における液の流速を６．６６ｍＬ／分に調節した。背圧弁５３を用いて、配管内圧力を３０ＭＰaに調節した。加熱器１４を４００℃に、加熱器２４を２５０℃に、反応器４０内の加熱器４４の温度を３５０℃に調節した。定常状態における混合部３０の液温を測定したところ３８０℃であり、混合部３０の水が超臨界状態の水であることを確認した。その後、弁２１０を閉め、弁２２０を開けることにより、液供給タンクを水タンク２１から原料タンク２２に切り替えた。原料タンク２２から原料スラリーを供給した。加熱器２４出口の液温は、２５０℃であった。水熱反応を行い、回収容器６０にて、生成スラリーを回収した。回収した生成スラリーをろ過により固液分離し、６０℃、３時間の条件で乾燥して、電極触媒の前駆体を得た。該前駆体を、アルミナ製ボートに入れ、内容積１３．４Ｌの管状型電気炉〔(株)モトヤマ製〕中で、窒素ガスを１．５Ｌ／分の流量で流通させながら、昇温速度３００℃／時間で室温（約２５℃）から８００℃まで昇温し、８００℃で１時間保持することにより該前駆体を焼成して、電極触媒２を得た。得られた電極触媒２は、炭素で被覆された酸化ジルコニウムであった。電極触媒のＢＥＴ比表面積は１１６ｍ2／ｇ、炭素量は８．５質量％、炭素被覆率は０．０７、結晶形は正方晶系と斜方晶系の混相であった。
【００５３】
〔電気化学システムでの評価〕
電極触媒１に代えて、電極触媒２を用いた以外は実施例１と同様にして、電気化学システムでの評価を行ったところ、走査電位範囲内で電流値の変動はなく、サイクルごとの各電位における電流値は安定していた。また、可逆水素電極電位に対して０．４Ｖの電位での酸素雰囲気と窒素雰囲気の電流値を比較することにより、酸素還元電流を求めたところ、酸素還元電流は、電極の単位面積当たりで１２１９μＡ／ｃｍ2であった。
【００５４】
比較例１
実施例１の電極触媒に代えて、市販の酸化ジルコニウム粉末（第一希元素製、ＲＣ−１００、炭素量０％、ＢＥＴ比表面積１０６ｍ2／ｇ、炭素被覆率０）を用いた以外は実施例１と同様にして、電気化学システムでの評価を行った。可逆水素電極電位に対して０．４Ｖの電位での酸素雰囲気と窒素雰囲気の電流値を比較することにより、酸素還元電流を求めたところ、酸素還元電流は、電極の単位面積当たりで１．５μＡ／ｃｍ2であった。
【００５５】
実施例３
〔電極触媒の調製〕
第一材料のスラリーとして、製造例３により得られたＺｒ含有化合物スラリーを用いた。第二材料として、グルコース（和光純薬製）を用いた。Ｚｒ含有化合物スラリー１７５ｇにグルコース２．６ｇを添加して得られた混合物を、図１で示すことができる流通反応装置の原料タンク２２に入れた。水タンク１１に水を入れ、送液ポンプ１３、２３を駆動させて、弁１１０、２２０を開けて、原料スラリーと水の送液を開始した。ここで、送液ポンプ１３における液の流速を８ｍＬ／分に、送液ポンプ２３における液の流速を３．４ｍＬ／分に調節した。配管内圧力を２０ＭＰａに調節した。この圧力は亜臨界条件である。加熱器１４を４００℃に、加熱器２４を２５０℃に、反応器４０内の加熱器４４の温度を３５０℃に調節して、水熱反応を行い、回収容器６０にて、生成スラリーを回収した。回収した生成スラリーを、遠心分離により、固液分離し、得られた沈殿物を６０℃で乾燥して、電極触媒の前駆体を得た。前記遠心分離には遠心分離装置（株式会社久保田製作所製、型番Ｍｏｄｅｌ９９１２）を用い、生成スラリーの遠心分離を３０００ｒｐｍで１０分間行った。得られた電極触媒の前駆体のＭ−Ｏ−Ｃ結合強度は０．１７６であった。該前駆体を、アルミナ製ボートに入れ、内容積１３．４Ｌの管状型電気炉〔(株)モトヤマ製〕中で、窒素ガスを１．５Ｌ／分の流量で流通させながら、昇温速度３００℃／時間で室温（約２５℃）から８００℃まで昇温し、８００℃で１時間保持することにより該前駆体を焼成して、電極触媒３を得た。得られた電極触媒３は、炭素で被覆された酸化ジルコニウムであった。電極触媒３のＢＥＴ比表面積は１１９ｍ2／ｇ、炭素量は２０．９質量％、炭素被覆率は０．１８、結晶形は正方晶系と斜方晶系の混相であった。
【００５６】
電極触媒１に代えて、電極触媒３を用いた以外は実施例１と同様にして、電気化学システムでの評価を行ったところ、走査電位範囲内で電流値の変動はなく、サイクルごとの各電位における電流値は安定していた。また、可逆水素電極電位に対して０．４Ｖの電位での酸素雰囲気と窒素雰囲気の電流値を比較することにより、酸素還元電流を求めたところ、酸素還元電流は、電極の単位面積当たりで２９２０μＡ／ｃｍ2であった。
【００５７】
実施例４
〔電極触媒の調製〕
加熱器２４の電源を入れなかった以外は、実施例３と同様にして、電極触媒の前駆体を得た。この場合も亜臨界の条件である。得られた電極触媒の前駆体のＭ−Ｏ−Ｃ結合強度は０．０７５であった。該前駆体の焼成を、実施例３と同様にして行い、電極触媒４を得た。得られた電極触媒４は、炭素で被覆された酸化ジルコニウムであった。電極触媒４のＢＥＴ比表面積は１１３ｍ2／ｇ、炭素量は８．５質量％、炭素被覆率は０．０８、結晶形は正方晶系と斜方晶系の混相であった。
【００５８】
〔電気化学システムでの評価〕
電極触媒１に代えて、電極触媒４を用いた以外は実施例１と同様にして、電気化学システムでの評価を行ったところ、走査電位範囲内で電流値の変動はなく、サイクルごとの各電位における電流値は安定していた。また、可逆水素電極電位に対して０．４Ｖの電位での酸素雰囲気と窒素雰囲気の電流値を比較することにより、酸素還元電流を求めたところ、酸素還元電流は、電極の単位面積当たりで２６１μＡ／ｃｍ2であった。
【符号の説明】
【００５９】
１１，２１・・・水タンク、２２・・・原料タンク、１３，２３・・・送液ポンプ、１４，２４・・・加熱器、３０・・・混合部、４０・・・反応器、４１・・・内部配管、４４・・・加熱器、５１・・・冷却器、５２・・・フィルター、５３・・・背圧弁、６０・・・回収容器、１１０，２１０，２２０・・・弁
【図１】
2011025232.tif 000003
【図２】
2011025232.tif 000004