(57)【要約】【課題】  本願に係る発明の主な特徴は、触媒担体と触媒金属とを含む触媒材料における触媒担体に触媒金属と共有結合可能な原子を含むことである。  また、触媒担体は炭素を主成分とする触媒担体であれば、燃料電池用の触媒材料として好適である。【解決手段】  本発明の触媒材料および電極は、前記触媒材料および電極を構成する触媒担体が窒素原子を含むことを特徴とする。これにより触媒の凝集，粗大化を抑制できるため高活性触媒，高性能電極およびこれを用いた高出力密度の燃料電池を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒金属と前記触媒金属を担持する触媒担体とを含む触媒材料において、前記触媒担体は触媒金属と共有結合可能な原子を含むことを特徴とする触媒材料。
【請求項２】
前記触媒担体が炭素原子を含むことを特徴とする請求項１記載の触媒材料。
【請求項３】
炭素原子を有する触媒担体と触媒金属とを含む触媒材料において、前記触媒担体は炭素原子の一部を前記触媒金属と共有結合可能な原子で置換した構造を有することを特徴とする触媒材料。
【請求項４】
請求項１に記載の触媒材料において、前記触媒金属が白金あるいは白金化合物であることを特徴とする触媒材料。
【請求項５】
請求項１に記載の触媒材料において、前記触媒金属が白金，ルテニウムから選ばれる１種以上の金属あるいはその化合物からなることを特徴とする触媒材料。
【請求項６】
請求項１に記載の触媒材料において、前記触媒金属が白金，ルテニウム，マンガン，鉄，コバルト，ニッケル，ロジウム，パラジウム，レ二ウム，イリジウムから選ばれる１種以上の金属あるいはその化合物からなることを特徴とする触媒材料。
【請求項７】
触媒金属と前記触媒金属を担持する触媒担体とを含む触媒材料において、前記触媒担体は触媒金属と窒素原子，酸素原子，リン原子，硫黄原子から選ばれる少なくとも１種類の原子を含むことを特徴とする触媒材料。
【請求項８】
燃料を酸化するアノード電極と酸素を還元するカソード電極との少なくとも一方が、請求項１記載の触媒材料とプロトン伝導性材料とを有し、前記アノード電極と前記カソード電極との間にプロトン伝導性を備えた電解質膜を形成した膜／電極接合体。
【請求項９】
アノード電極とカソード電極とが電解質膜を介して形成される燃料電池において、請求項８に記載の膜／電極接合体を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
液体燃料を酸化するアノード電極と酸素を還元するカソード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に形成された電解質膜とを有する燃料電池において、前記アノード電極とカソード電極とのいずれか一方または両方が触媒金属を担持する触媒担体と前記触媒金属とを含む触媒材料を有し、前記触媒担体は前記触媒金属と共有結合可能な原子を含むことを特徴とする燃料電池。
【請求項１１】
液体燃料を酸化するアノード電極と酸素を還元するカソード電極と、前記アノード電極と前記カソード電極との間に形成された電解質膜とを有する燃料電池において、前記アノード電極とカソード電極との少なくとも一方が炭素を有する触媒担体と触媒金属とを含む触媒材料を有し、前記触媒担体は窒素原子，硫黄原子，酸素原子，リン原子の少なくとも一つの原子を含む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】
本発明は燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の大量消費による地球温暖化・環境汚染問題は深刻な問題となっている。この問題に対する対処手段として、化石燃料を燃やす内燃機関に代わり、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を始めとする水素を燃料とした燃料電池が注目を集めている。また電子技術の進歩によって、年々、情報端末機器などが小型化され、携帯用電子機器として急速な普及が進んでいる。現在、携帯用電子機器の情報量の増加とその高速処理に伴う消費電力の増加を補う次世代電源として、メタノールを燃料とした直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）が開発されている。
【０００３】
これら燃料電池の電極等に使われる触媒材料は、一般的に触媒を触媒担体上に分散させた構成になっている（特許文献１）。また、触媒担体には炭素材料が用いられている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−８３６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
触媒材料の活性度は、触媒材料に含まれる触媒金属の粒子径に大きく依存する。触媒金属の粒子径が小さいほど触媒金属の比表面積（触媒金属粒子の表面積／触媒金属粒子の重さ）が大きくなり、同量の触媒金属を用いた場合、触媒として作用する面積が大きくなるため、触媒の活性度が高まる。
【０００６】
しかしながら、これまでの触媒材料では、触媒金属が触媒担体に主に物理吸着で担持されているため、触媒材料作製時および電池使用環境下で、触媒金属の凝集，粗大化が起こる。その結果、触媒金属の粒径は大きくなり、比表面積は小さくなる。この凝集，粗大化により、粒子径の小さい触媒金属を作製すること、あるいは電池使用環境下で触媒金属の粒径を小さく維持することは困難であった。
【０００７】
本発明は、高い比表面積を有した粒子径の小さい触媒金属を電極に用いることにより出力密度が向上した燃料電池を提供することを目的とする。
【０００８】
ここで「触媒金属」とは、触媒作用を持つ金属あるいは金属化合物等のことであり、
「触媒担体」とは前記触媒を担持するもので、燃料電池用の触媒担体の場合には、カーボンブラック，カーボンナノチューブ等の炭素材料が用いられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願に係る発明の主な特徴は、触媒担体と触媒金属とを含む触媒材料における触媒担体に触媒金属と共有結合可能な原子を含むことである。
【００１０】
また、触媒担体は炭素を主成分とする触媒担体であれば、燃料電池用の触媒材料として好適である。
【００１１】
ここで、「炭素」とは、構造上、非晶質のものからグラファイトのような結晶質のものまで含むものもある。
【００１２】
「配位結合可能な原子を含む」とは、触媒金属と共有結合可能な原子が触媒担体を構成する原子（例えば炭素原子）と共有結合して、触媒担体中に存在することを意味する。ただし、触媒担体を構成する原子が炭素原子の場合は、炭素結晶の結晶子径は大きくても、小さくても良く、また非晶質であっても良い。また、触媒金属と共有結合可能な原子は、炭素原子と共有結合していると同時に、水素原子と共有結合している場合もある。ここで共有結合には配位結合も含まれる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる触媒材料を燃料電池に用いることにより出力密度の高い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】
【００１４】
以下の触媒材料の作製方法はＤＭＦＣに適用する場合について記述するが、本実施例に係る触媒材料はＤＭＦＣに適用する場合に限定されずＰＥＦＣ等、炭素原子を主成分とする触媒担体に触媒を分散する構成をとる触媒材料であれば適用可能である。尚、本実施例の「触媒材料」とは、触媒担体に触媒金属を担持させたものを意味する。
【実施例１】
【００１５】
本実施例に係る触媒材料および電極の作製方法を示す。
【００１６】
本実施例では触媒金属と配位結合可能な原子として窒素原子を用いる。
【００１７】
窒素を５原子％含んだカーボンブラック３.５ｇ と、アルカリ性水溶液と、還元剤とを容器に入れ、スターラにて３０分間攪拌し混合する。ここで、アルカリ性水溶液としては例えば、水酸化カリウム水溶液，水酸化ナトリウム水溶液，アンモニア水等を用いることができ、還元剤としては水素化ホウ素ナトリウム，ホルマリン等を用いることができる。本実施例ではアルカリ性水溶液として水酸化ナトリウム水溶液，還元剤としてホルマリンを用いる。これに触媒金属塩の水溶液を加え、ウォーターバスを用いて容器を４０℃に保ち、更に１時間スターラにて攪拌を行う。触媒金属塩は、例えば塩化物を用いることができ、本実施例では塩化白金酸２.１ｇ を用いる。ガラスフィルターを用いて攪拌後の溶液を、濾過する。得られた物質に純水を加え洗浄，濾過する作業を７回行い最終的に得られた物質を恒温槽にて８０℃で２日間、乾燥を行う。乾燥後、乳鉢にて粉砕し、窒素原子を含んだ炭素に白金が担持された触媒材料４.５ｇ を得る。作製法は本実施例の方法以外にも、例えばアルコール還元法を用いることもできる。
【００１８】
得られた触媒材料１.０ｇ と、プロトン伝導性材料であるパーフルオロカーボンスルホン酸０.６ｇ及び水／アルコール（１／４）混合溶媒のスラリーとを調製し、カーボンペーパー上にスクリーン印刷法で電極を形成する。
【００１９】
図１，図２に本実施例に係る触媒担体の模式図を示す。炭素中の炭素原子の一部は主に図１と図２との２種の形で窒素原子と置換される。図１は、ピリジン構造をとる形で炭素原子１０１と窒素原子１０２とが置換している。図２は、六員環構造を保ったままの形で、炭素原子２０１と窒素原子２０２とが置換している。ただし、結晶子径が非常に小さい場合では、炭素原子と窒素原子との結合が必ずしも図１、図２の形態をとっているとは限らず、非晶質炭素中に存在する炭素原子に窒素原子が結合しているような場合、また、五員環を形成している場合もあるため、これらに限定されるものではない。
【００２０】
このような炭素と窒素とを有する触媒担体は例えば気相化学蒸着（ＣＶＤ）法でＣ2Ｈ2とＮ2 との混合ガスをフローさせ、得ることができる。あるいはＡｒガスとＮ2 ガスとの混合雰囲気中でグラファイトターゲットを用いてＤＣマグネトロンスパッタ法でも得ることができる。また窒素原子を含んだ有機物をＡｒガス雰囲気中で、加熱することでも得ることができる。
【００２１】
ここで窒素原子と触媒金属の粒子との結合は、共有結合であり、この結合により触媒金属粒子は炭素表面上に安定に担持されると考えられる。
【００２２】
したがって窒素原子を含んだ炭素を触媒担体に用いることで、触媒金属の粒子は窒素原子との結合により運動を束縛される。そのため触媒材料の作製時あるいは電池使用環境下における触媒金属の粒子の凝集，粗大化を防ぐことができる。
【００２３】
触媒金属の粒子の凝集，粗大化を防ぐことができるという利点はアノード電極，カソード電極のいずれにおいても有効である。
【００２４】
また、分散した触媒金属の粒子それぞれに燃料が十分に供給される範囲であれば、触媒担体に担持される触媒金属の担持量は、多いほどよい。
【００２５】
しかし、触媒担体として従来用いられてきたカーボンブラックでは触媒金属の担持量を増加させすぎると、触媒金属の粒子同士が凝集しやすくなってしまい、触媒金属が触媒作用を起こす表面積である有効面積が減少してしまう。そのため触媒金属の担持量は５０重量％（触媒金属の重量／触媒材料の重量）程度が最大であった。
【００２６】
しかし、窒素原子を含んだ触媒担体を用いると、上述のように触媒金属は触媒担体に含まれる窒素原子との共有結合により動きが束縛されるため、凝集を防ぐことができ、更に触媒金属の担持量を増加させることが可能となる。
【００２７】
なお、本実施例で作成される触媒材料はある確率で触媒金属の一部が小さな粒径（２
ｎｍ程度）を保ったまま窒素原子と共有結合をすることにより動きが束縛される。
【００２８】
しかし、一部の触媒金属の粒子は依然として熱エネルギなどを得て動き回ることができる状態にある。これらの触媒金属の粒子は動き回る過程で窒素原子に近づいたものは共有結合により動きを束縛されるし、またある確率で触媒金属の粒子同士がある程度凝集，粗大化した後、窒素原子の近傍で動きを束縛されるものもある。触媒金属の粒子が小さな粒径を保ったまま動きを束縛されるか、ある程度凝集した後動きを束縛されるかは窒素原子が触媒担体上にどの程度の割合で分散しているか、あるいは作製時の触媒金属の粒子の粒子径に依存すると考えられる。
【００２９】
触媒金属の粒子の動きが束縛され凝集を防ぐことができるということは、触媒金属の粒子同士の距離を従来よりも近づけることができるという利点がある。すなわち、従来では触媒金属の粒子同士が近すぎて凝集してしまうような距離であっても、本実施例の触媒材料によれば触媒金属の粒子の動きが束縛されるため隣同士の触媒金属の粒子は凝集しない。したがって、従来に比べ同一の触媒金属の量を電極内に含ませたときに、触媒担体の量をより少なくすることが可能となる。触媒担体の量を少なくできるということは、同一の電極面積であれば、電極の厚さをより薄くすることが可能となり、電極における燃料の拡散性，電子の伝導性，プロトンの伝導性を向上させることが可能となる。このように物質易動抵抗を減少させることができるため、膜電極接合体（以下、ＭＥＡ８０４）の出力密度を向上させることが可能となる。また出力密度の高いＭＥＡを用いることで、ＰＥＦＣやＤＭＦＣの出力を向上させることが可能となる。また、出力を一定とすれば小型化することもできる。
【００３０】
窒素原子による触媒金属を束縛する効果は、触媒担体の表面層にある窒素原子によるものである。ここで表面の窒素原子の濃度は目標とする触媒金属の担持量や触媒金属の粒子径によって左右されるため、特に規定されるものではないが、好ましくはＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）による触媒担体の表面の窒素原子の濃度分析において０.１ 〜３０原子％程度が良い。これは触媒担体の表面の窒素原子の濃度が０.１ 原子％以下であると、実用的に必要な量である０.０１ 重量％以上の触媒を担持する際に、効果が得られにくい。また、３０原子％以上であると、窒素原子がカーボンブラック中にグラファイト構造を保って安定に含まれることが困難となり、触媒担体の機械的強度が弱くなってしまう。また、ダイヤモンドのような立体構造になり、グラファイト的な構造の割合が減少するため、電子伝導性が低くなる。更に好ましくは、１〜１０原子％である。
【００３１】
本実施例では、窒素原子を含ませる触媒担体の主成分としてはカーボンブラックを用いたが、カーボンブラックは直径数十〜数百ｎｍ程度の一次粒子の凝集体である二次粒子から構成され、その表面には凹凸があり、比表面積が大きいため、触媒を担持するサイト、ここでは触媒担体の表面に存在する窒素原子、が多く、単位体積あたりの触媒金属の担持量を増やすことができると考えられる。
【００３２】
したがってここからも電極を薄くすることが可能となり、燃料拡散性や電子，プロトン導電性が高くなると考えられる。また一般にカーボンブラックは生産が容易であるためコストを低く抑えることができる。
【００３３】
比較例１として本実施例にて作成した電極を評価するため、窒素原子を含んだ炭素の代わりに、窒素原子を含まない炭素を用いて実施例１と同様の方法で電極を作成した。
【００３４】
実施例１の電極と、比較例１の電極と、をメタノール含有電解質水溶液（１.５Ｍ（Ｍはmol ／ｌの略）硫酸，２０重量％メタノール）中に浸し、単極測定（電流／電圧測定）を行った。ここで参照電極には飽和カロメル電極、対極には金板を用いた。
【００３５】
その結果、比較例１の電極に比べ、実施例１の電極は同一電位で約１.２ 倍程度の電流密度が得られ、電極性能が高いと考えられる。
【実施例２】
【００３６】
触媒担体として窒素原子を５原子％含んだカーボンブラック２０重量％に、窒素原子を５原子％含んだカーボンナノチューブ（以下、ＣＮＴ）が８０重量％となるように混合した以外は、実施例１と同様とする。
【００３７】
ＣＮＴを用いた場合は、複数のＣＮＴ同士が複数の接点を持ち、接触するため電極内の抵抗率を低減させることができる。
【００３８】
本実施例に係るＣＮＴを図３，図４に示す。図３はグラフェンシート３０１が筒状になったもので単層ＣＮＴ（ＳＷＣＮＴ）と呼ばれるものである。図４は、外側グラフェンシート４０１の内部に内側グラフェンシート４０２を有する多層ＣＮＴ（ＭＷＣＮＴ）と呼ばれるものである。
【００３９】
なおＭＷＣＮＴには２層だけのものではなく、３層若しくはそれ以上のものがある。
【００４０】
また、ＳＷＣＮＴ，ＭＷＣＮＴはいずれも五員環を有する半球状のキャップで覆われているものもあり、これはフラーレンキャップとも呼ばれている。
【００４１】
また、カーボンナノファイバーと呼ばれるグラフェンシートがチューブの長手方向と平行でないものもあり、これを用いることもできる。
【００４２】
一般的にＳＷＣＮＴは比表面積が大きいため、触媒を担持するサイトが多いという利点がある。また、ＭＷＣＮＴは電子伝導性が高く、電子移動のロスが少ないという利点がある。
【００４３】
図５に本実施例に係る窒素原子を含んだＣＮＴを示す。窒素原子５０２はＣＮＴを構成する炭素原子５０１と置換される形でドーピングされる。
【００４４】
図６に本実施例に係る触媒材料の模式図を示す。窒素原子を含んだＣＮＴ６０１上に触媒金属６０２が粒子状に担持されている。触媒金属６０２が担持されている場所は窒素原子を含んだＣＮＴ６０１に含まれる窒素原子の近傍である。この場所で触媒金属６０２はその動きが束縛される。窒素原子を含んだＣＮＴ６０１は、電子伝導性が高く、尚且つ繊維構造を持っているため、電極内で良い電子伝導パスとなり得る。触媒金属６０２としては、マンガン，鉄，コバルト，ニッケル，ルテニウム，ロジウム，パラジウム，レニウム，オスミウム，イリジウム，白金から選ばれる少なくとも一種以上の金属あるいはその化合物が望ましく、更に望ましくはこれらが合金化している方が良い。
【００４５】
燃料電池のアノード，カソードに用いられる触媒金属としては白金が好ましい。ただし、一酸化炭素が存在する場合や、メタノールを酸化する場合には、白金とルテニウムを触媒金属に用いることで、より高い性能を示す。また、白金とルテニウムの他に、白金，ルテニウム，マンガン，鉄，コバルト，ニッケル，ロジウム，パラジウム，レニウム，オスミウム，イリジウムを組み合わせることで近い性能を持たすことが可能となる。
【００４６】
一般にアノード電極に用いる場合は、白金とルテニウムの合金が望ましく、カソード電極に用いる場合は白金が望ましい。
【００４７】
実施例１と同様な手法で比較例１と実施例２とを比較すると比較例１の電極に比べ、実施例２の電極は同一電位で約１.５ 倍程度の電流密度が得られ、電極性能が高いと考えられる。
【実施例３】
【００４８】
触媒金属塩として塩化白金酸２.１ｇ，塩化ルテニウム１.１ｇを用いる以外は実施例１と同様とした。
【００４９】
比較例２として、触媒金属塩として塩化白金酸２.１ｇ，塩化ルテニウム１.１ｇを用いる以外は比較例１と同様の電極を用いた。
【００５０】
実施例３の触媒材料と比較例２の触媒材料とを透過型電子顕微鏡で観察した結果を図９に示す。比較例２の触媒金属の平均粒径は約５ｎｍ、実施例３の触媒の平均粒径は約２
ｎｍであり、実施例３の触媒粒子の方がより微細に担持されていることがわかる。
【００５１】
実施例１と同様な手法で実施例３の電極と比較例２の電極について、単極測定を行った。その結果、比較例２の電極に比べ、実施例３の電極は同一電位で約３倍の電流密度が得られ、電極性能が高かった。
【００５２】
したがって、触媒金属として白金の他に白金とルテニウムを用いても効果があることがわかった。その他、白金とマンガン，白金と鉄等でも同様であった。
【００５３】
また、白金と、ルテニウム，マンガン，鉄などは触媒担体上に単体で存在しているものから合金となって存在しているものもある。さらに、これらの金属は何らかの化合物であっても良く、例えば酸化物や塩化物であっても良い。
【実施例４】
【００５４】
本実施例に係るＭＥＡ８０４の断面模式図を図８に示す。図８はわかりやすくするため電極及び膜の厚さを大きく描いているが、実際に作成するＭＥＡはシート状で、その厚さは７０〜５００μｍ程度（電極の厚さ１０〜１００μｍ，電解質膜の厚さ５０〜３００
μｍ）であり、本実施例に係るＭＥＡは１００μｍである。本実施例のＭＥＡはアノード電極８０１とカソード電極８０２とその中間に位置する電解質膜８０３から構成される。次に本実施例に係るＭＥＡ８０４の作製方法を示す。
【００５５】
実施例３の電極をアノード電極、実施例１の電極をカソード電極とし、両電極が電解質膜８０３として用いるパーフルオロスルホン酸膜に接するように両側に配置し、これをホットプレスにより熱圧着，転写することでＭＥＡ８０４を作製する。
【００５６】
比較例３に係るＭＥＡの作製法であるが、比較例２の電極をアノード電極、比較例１の電極をカソード電極とする以外は、実施例４と同様である。
【００５７】
図７に本実施例に係るＤＭＦＣの模式図を示す。前記ＤＭＦＣは、アノード電極７０１と、カソード電極７０３と、その中間に位置するプロトン伝導性を備えた電解質膜７０２と、からなるＭＥＡを中心に構成され、アノード電極７０１側には、メタノールと水とを主成分とする燃料７０５が供給され、二酸化炭素と水７０６が排出される。カソード電極７０３側には、空気等の酸素を含む気体７０７が供給され、導入した気体中の未反応気体と水とを含む排ガス７０８が排出される。またアノード電極７０１と、カソード電極703は外部回路７０４へ接続される。
【００５８】
前述のような構成のＤＭＦＣに本実施例のＭＥＡと比較例４のＭＥＡを用い、出力密度を比較した。比較例４のＭＥＡを用いたＤＭＦＣの出力密度に比べ、本実施例のＭＥＡを用いたＤＭＦＣの出力密度は約２倍程度であると考えられる。
【実施例５】
【００５９】
窒素原子による触媒束縛効果は、主として触媒担体の表面に存在する窒素原子に依存する為、カーボンブラックの表面を、窒素原子を含んだ炭素で覆うような構造をもったものを触媒担体に用いることで同様の効果がある。この場合、触媒担体の形状は用いたカーボンブラックの形状にある程度依存する為、カーボンブラックの形状を選択することで触媒担体の最終的な形状を選択できるという利点がある。
【００６０】
以下に作成方法を示す。カーボンブラックとヘキサメトキシメチルメラミンとを重量比にして１：４にてエタノール中で１時間混合し、大気中、８０℃で２４時間乾燥させた。得られた物体をアルゴン雰囲気中、８００℃で１時間焼成し、カーボンブラックの表面が、窒素原子を含んだ炭素で被覆された触媒担体を得た。
【００６１】
得られた触媒担体をＸＰＳで分析した結果、窒素原子の含有濃度は５原子％であった。これを、窒素を５原子％含んだ炭素のかわりに用いる以外は実施例３と同様とし、触媒材料を得た。
【００６２】
本実施例の触媒材料と比較例２の触媒材料とを透過型電子顕微鏡で観察した結果、本実施例で得られた触媒材料に担持された触媒金属の平均粒径は約２ｎｍであり、本実施例の触媒金属の方がより微細に担持されていた。
【実施例６】
【００６３】
窒素原子を含んだ炭素の前駆体と触媒金属塩とを事前に混合し、その後焼成を行うことでも窒素原子を含んだ炭素に触媒が担持された触媒材料を得ることができる。フェニレンジアミン０.３ｇ とポリアミック酸０.７ｇ とＮ−メチル−２−ピロリジノン１００ｍｌと塩化白金酸０.２ｇ と塩化ルテニウム０.１ｇ とを混合し、１時間攪拌を行う。これを２００℃で２時間真空乾燥する。得られた固形物をアルゴン雰囲気中、８００℃で１時間焼成する。
【００６４】
実施例６の触媒材料と比較例２の触媒材料とを透過型電子顕微鏡で観察した結果、触媒の大きさはほぼ同等（約５ｎｍ）であったが、実施例６の触媒の方が均一に分散していると考えられる。
【実施例７】
【００６５】
触媒金属と共有結合可能な原子として硫黄原子を用い、窒素原子を５原子％含んだカーボンブラックの代わりに硫黄原子を５原子％含んだカーボンブラックを用いること以外は実施例３と同様とする。
【００６６】
実施例１と同様の手法で本実施例の電極と比較例２の電極とを単極測定により測定する。ここで参照電極には飽和カロメル電極、対極には金板を用いる。その結果、比較例２の電極に比べ、本実施例の電極は同一電位で約３倍程度の電流密度が得られ、電極性能が高いと考えられる。
【００６７】
本実施例の触媒材料と比較例２の触媒材料を透過型電子顕微鏡で観察した結果、本実施例の触媒粒子の方がより微細に担持されている。
【実施例８】
【００６８】
硫黄原子を含んだ触媒担体の代わりに酸素原子を含んだ触媒担体を用いる以外は、実施例７と同様とする。
【００６９】
実施例１と同様な手法で本実施例の電極と比較例２の電極について、単極測定を行う。その結果、比較例２の電極に比べ、本実施例の電極は同一電位で約３倍の電流密度が得られ、電極性能が高いと考えられる。したがって硫黄原子を含む触媒担体の他に酸素原子を含む触媒担体を用いても効果があることがわかる。その他、燐原子を含む触媒担体を用いても同様であると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施例に係る窒素を含んだ炭素の模式図。
【図２】実施例に係る窒素を含んだ炭素の模式図。
【図３】単層カーボンナノチューブの模式図。
【図４】多層カーボンナノチューブの模式図。
【図５】実施例に係る窒素を含んだカーボンナノチューブの模式図。
【図６】実施例に係る触媒材料の模式図。
【図７】実施例に係る電極を用いた直接メタノール型燃料電池の模式図。
【図８】実施例に係るＭＥＡの断面模式図。
【図９】実施例に係る触媒材料のＴＥＭ写真。
【符号の説明】
【００７１】
１０１，２０１，５０１…炭素原子、１０２,２０２,５０２…窒素原子、３０１…グラフェンシート、４０１…外側グラフェンシート、４０２…内側グラフェンシート、６０１…窒素原子を含んだＣＮＴ、６０２…触媒金属、７０１，８０１…アノード電極、７０２，８０３…電解質膜、７０３，８０２…カソード電極、７０４…外部回路、７０５…燃料、７０６…二酸化炭素と水、７０７…酸素を含む気体、７０８…排ガス、８０４…ＭＥＡ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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