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JP2024053489A - Porous oxide semiconductor particles - Google Patents

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JP2024053489A
JP2024053489A JP2022159821A JP2022159821A JP2024053489A JP 2024053489 A JP2024053489 A JP 2024053489A JP 2022159821 A JP2022159821 A JP 2022159821A JP 2022159821 A JP2022159821 A JP 2022159821A JP 2024053489 A JP2024053489 A JP 2024053489A
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porous
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正哲 稲葉
Masanori Inaba
健作 兒玉
Kensaku Kodama
健 信川
Ken Nobukawa
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

To provide porous oxide semiconductor particles having a beaded structure and exhibiting relatively high conductivity.SOLUTION: Porous oxide semiconductor particles include a beaded structure in which porous primary particles are connected, consisting of an aggregate of crystallites made of tin oxide doped with pentavalent antimony, the doping amount of pentavalent antimony is 2.5 at% or more. Here, "doping amount of pentavalent antimony" is a value obtained from XAFS measurement and ICP analysis, is also the ratio of the number of atoms of pentavalent antimony to the total number of atoms of tin and antimony contained in the porous oxide semiconductor particles.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、多孔質酸化物半導体粒子に関し、さらに詳しくは、連珠構造を備え、かつ、相対的に高い比表面積を有する多孔質酸化物半導体粒子に関する。 The present invention relates to porous oxide semiconductor particles, and more specifically to porous oxide semiconductor particles having a beaded structure and a relatively high specific surface area.

固体高分子形燃料電池(PEFC)は、電解質膜の両面に触媒層が接合された膜電極接合体(Membrane Electrode Assembly,MEA)を備えている。触媒層の外側には、通常、ガス拡散層が配置される。さらに、ガス拡散層の外側には、ガス流路を備えた集電体(セパレータ)が配置される。PEFCは、通常、このようなMEA、ガス拡散層及び集電体からなる単セルが複数個積層された構造(燃料電池スタック)を備えている。 A polymer electrolyte fuel cell (PEFC) has a membrane electrode assembly (MEA) in which catalyst layers are bonded to both sides of an electrolyte membrane. A gas diffusion layer is usually placed on the outside of the catalyst layer. Furthermore, a current collector (separator) with a gas flow path is placed on the outside of the gas diffusion layer. A PEFC usually has a structure (fuel cell stack) in which multiple single cells each consisting of such an MEA, gas diffusion layer, and current collector are stacked.

PEFCにおいて、触媒層は、一般に、担体表面に白金などの触媒金属微粒子を担持させた電極触媒と、触媒層アイオノマとの混合物からなる。触媒担体には、従来、カーボンブラック、アセチレンブラックなどの炭素材料が主に用いられてきた。特に、近年、メソ孔を有するカーボン担体が注目されている(非特許文献1)。粒径と細孔径とが適切に制御された多孔質カーボン粒子を担体に用いると、アイオノマのスルホン酸基による触媒被毒の低減と、担体細孔内のクヌーセン拡散抵抗の低減とを両立でき、低負荷性能と高負荷性能との背反のないセル性能が得られることが分かっている(特許文献1)。 In PEFCs, the catalyst layer generally consists of a mixture of an electrode catalyst in which catalytic metal particles such as platinum are supported on the surface of the support, and a catalyst layer ionomer. Traditionally, carbon materials such as carbon black and acetylene black have been used primarily as catalyst supports. In particular, carbon supports with mesopores have been attracting attention in recent years (Non-Patent Document 1). It has been found that the use of porous carbon particles with appropriately controlled particle size and pore size as a support can reduce catalyst poisoning caused by the sulfonic acid groups of the ionomer and reduce the Knudsen diffusion resistance in the support pores, thereby achieving cell performance that is compatible with both low-load and high-load performance (Patent Document 1).

しかし、カーボン担体は高電位に曝されると酸化腐食し、担体上に担持された触媒金属微粒子が脱落すること、及びこれによって電極性能が低下することが知られている。セルの初期性能と耐久性とを両立させるためには、カーボンに代わる高電位で安定な材料を用いて多孔質担体を作製する必要がある。そのため、カーボンの代替材料として、高電位で安定な導電性金属酸化物を担体材料として用いることが提案されている。 However, it is known that carbon supports oxidize and corrode when exposed to high potentials, causing the catalytic metal particles supported on the support to fall off, which in turn reduces electrode performance. In order to achieve both initial cell performance and durability, it is necessary to create a porous support using a material that is stable at high potentials instead of carbon. For this reason, it has been proposed to use conductive metal oxides, which are stable at high potentials, as support materials to replace carbon.

例えば、非特許文献2には、異元素(M=Nb、Sb、Ta、W等)をドープした多孔質酸化スズ粒子(M-SnO2)は、高電位安定性の観点で有望な担体材料となる可能性がある点が示唆されている。 For example, non-patent document 2 suggests that porous tin oxide particles (M-SnO 2 ) doped with a foreign element (M = Nb, Sb, Ta, W, etc.) may be a promising support material in terms of high potential stability.

特許文献2には、酸化物半導体からなる結晶子の集合体からなる多孔質の一次粒子が連結した連珠構造を備え、比表面積が60m2/g以上である多孔質酸化物半導体粒子が開示されている。
同文献には、このような多孔質酸化物半導体を固体高分子形燃料電池の触媒担体として用いると、担体の酸化腐食による触媒金属微粒子の脱落が抑制され、触媒層内における物質移動が促進され、あるいは、触媒被毒による活性低下が抑制される点が記載されている。
Patent Document 2 discloses porous oxide semiconductor particles having a beaded structure in which porous primary particles, each of which is an aggregate of crystallites made of an oxide semiconductor, are linked together, and which have a specific surface area of 60 m 2 /g or more.
The document describes that when such a porous oxide semiconductor is used as a catalyst support for a solid polymer fuel cell, the detachment of catalytic metal particles due to oxidative corrosion of the support is suppressed, mass transfer within the catalyst layer is promoted, and a decrease in activity due to catalyst poisoning is suppressed.

特許文献2には、連珠状多孔質酸化スズ粒子にSbをドープした際に最も高い導電率が得られ、その値は最高で2.1×10-2S/cmである点が記載されている。しかしながら、この値は、従来のカーボン担体の導電率より2桁以上低い値であった。Sbをドープした連珠状多孔質酸化スズを燃料電池の触媒担体として使用するためには、更なる導電率の向上が望まれる。 Patent Document 2 describes that the highest electrical conductivity is obtained when Sb is doped into beaded porous tin oxide particles, with the maximum value being 2.1×10 −2 S/cm. However, this value is lower than the electrical conductivity of conventional carbon supports by two or more orders of magnitude. In order to use Sb-doped beaded porous tin oxide as a catalyst support for fuel cells, further improvement in electrical conductivity is desired.

特開2021-084852号公報JP 2021-084852 A 特開2022-077821号公報JP 2022-077821 A

S. Ott et al., Nature Mater., 2019, 19, 77S. Ott et al., Nature Mater., 2019, 19, 77 T. Arai et al., SAE Int. J. Alt. Power., 2017, 6, 145T. Arai et al., SAE Int. J. Alt. Power., 2017, 6, 145

本発明が解決しようとする課題は、連珠構造を備えており、かつ、相対的に大きな導電率を示す多孔質酸化物半導体粒子を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、連珠構造及び導電率に加えて、適度な比表面積、細孔径、平均一次粒子径、細孔容量、平均結晶子径、及び/又は、タップ密度を持つ多孔質酸化物半導体粒子を提供することにある。
さらに、本発明が解決しようとする他の課題は、固体高分子形燃料電池用の触媒担体として好適な多孔質酸化物半導体粒子を提供することにある。
An object of the present invention is to provide porous semiconductor oxide particles which have a bead-like structure and exhibit relatively high electrical conductivity.
Another problem to be solved by the present invention is to provide porous oxide semiconductor particles that have a suitable specific surface area, pore size, average primary particle size, pore volume, average crystallite size, and/or tap density in addition to the bead-like structure and electrical conductivity.
A further object of the present invention is to provide porous semiconductor oxide particles suitable as a catalyst support for a polymer electrolyte fuel cell.

上記課題を解決するために、本発明に係る多孔質酸化物半導体粒子は、
5価のアンチモンがドープされた酸化スズからなる結晶子の集合体からなる多孔質の一次粒子が連結した連珠構造を備え、
前記5価のアンチモンのドープ量が2.5at%以上であるものからなる。
ここで、「5価のアンチモンのドープ量」とは、XAFS測定とICP分析から得られる値であって、前記多孔質酸化物半導体粒子に含まれるスズ及びアンチモンの総原子数に対する前記5価のアンチモンの原子数の割合をいう。
In order to solve the above problems, the porous oxide semiconductor particles according to the present invention are
The porous primary particles are composed of an aggregate of crystallites of tin oxide doped with pentavalent antimony, and have a bead-linked structure.
The doping amount of the pentavalent antimony is 2.5 at % or more.
Here, the "doping amount of pentavalent antimony" is a value obtained by XAFS measurement and ICP analysis, and refers to the ratio of the number of pentavalent antimony atoms to the total number of tin and antimony atoms contained in the porous oxide semiconductor particles.

SnO2にドープされたSbは、3価の状態で存在しているものと、5価の状態で存在するものとがある。これらの内、SnO2の導電率向上に寄与しているのは、5価のSbである。そのため、5価のSbのドープ量を最適化すると、高い導電率が得られる。具体的には、5価のSbのドープ量を2.5at%以上にすると、導電率は、1.0×10-3S/cm以上となる。さらに、5価のSbのドープ量を4.5at%超にすると、導電率は、2.1×10-2超となる。 Sb doped in SnO2 exists in a trivalent state and in a pentavalent state. Of these, pentavalent Sb contributes to improving the electrical conductivity of SnO2 . Therefore, by optimizing the doping amount of pentavalent Sb, high electrical conductivity can be obtained. Specifically, when the doping amount of pentavalent Sb is 2.5 at% or more, the electrical conductivity is 1.0 x 10-3 S/cm or more. Furthermore, when the doping amount of pentavalent Sb is more than 4.5 at%, the electrical conductivity is more than 2.1 x 10-2 .

連珠状メソポーラスSb-SnO2粒子の製造方法の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a method for producing bead-like mesoporous Sb—SnO 2 particles. 実施例1で得られた連珠状メソポーラスSb-SnO2粒子のSbのK吸収端XANESスペクトルとフィッティングによる波形分離を示す図である。FIG. 2 shows the Sb K-edge absorption XANES spectrum of the bead-like mesoporous Sb—SnO 2 particles obtained in Example 1 and waveform separation by fitting. 実施例2で得られた連珠状メソポーラスSb-SnO2粒子のSbのK吸収端XANESスペクトルとフィッティングによる波形分離を示す図である。FIG. 1 shows the Sb K-edge absorption XANES spectrum of the bead-like mesoporous Sb—SnO 2 particles obtained in Example 2 and waveform separation by fitting. 実施例3で得られた連珠状メソポーラスSb-SnO2粒子のSbのK吸収端XANESスペクトルとフィッティングによる波形分離を示す図である。FIG. 1 shows the Sb K-edge absorption XANES spectrum of the bead-like mesoporous Sb—SnO 2 particles obtained in Example 3 and waveform separation by fitting.

実施例4で得られた連珠状メソポーラスSb-SnO2粒子のSbのK吸収端XANESスペクトルとフィッティングによる波形分離を示す図である。FIG. 1 shows the Sb K-edge absorption XANES spectrum of the bead-like mesoporous Sb—SnO 2 particles obtained in Example 4 and waveform separation by fitting. 実施例5で得られた連珠状メソポーラスSb-SnO2粒子のSbのK吸収端XANESスペクトルとフィッティングによる波形分離を示す図である。FIG. 1 shows the Sb K-edge absorption XANES spectrum of the bead-like mesoporous Sb—SnO 2 particles obtained in Example 5 and waveform separation by fitting. 連珠状メソポーラスSb-SnO2粒子の5価Sbの濃度と導電率との関係を示す図である。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the concentration of pentavalent Sb in bead-like mesoporous Sb—SnO 2 particles and electrical conductivity.

以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. 多孔質酸化物半導体]
本発明に係る多孔質酸化物半導体粒子は、以下の構成を備えている。
An embodiment of the present invention will be described in detail below.
[1. Porous oxide semiconductor]
The porous oxide semiconductor particles according to the present invention have the following configuration.

[構成1]
5価のアンチモンがドープされた酸化スズからなる結晶子の集合体からなる多孔質の一次粒子が連結した連珠構造を備え、
前記5価のアンチモンのドープ量が2.5at%以上である
多孔質酸化物半導体粒子。
ここで、「5価のアンチモンのドープ量」とは、XAFS測定とICP分析から得られる値であって、前記多孔質酸化物半導体粒子に含まれるスズ及びアンチモンの総原子数に対する前記5価のアンチモンの原子数の割合をいう。
[Configuration 1]
The porous primary particles are composed of an aggregate of crystallites of tin oxide doped with pentavalent antimony, and have a bead-linked structure.
The porous oxide semiconductor particles are doped with pentavalent antimony in an amount of 2.5 at % or more.
Here, the "doping amount of pentavalent antimony" is a value obtained by XAFS measurement and ICP analysis, and refers to the ratio of the number of pentavalent antimony atoms to the total number of tin and antimony atoms contained in the porous oxide semiconductor particles.

[構成2]
比表面積が60m2/g以上である構成1に記載の多孔質酸化物半導体粒子。
[Configuration 2]
2. The porous semiconductor oxide particles according to claim 1, having a specific surface area of 60 m 2 /g or more.

[構成3]
前記5価のアンチモンのドープ量が4.5at%超である構成1又は2に記載の多孔質酸化物半導体粒子。
[Configuration 3]
3. The porous oxide semiconductor particle according to claim 1, wherein the pentavalent antimony is doped in an amount of more than 4.5 at %.

[構成4]
細孔径が1nm以上20nm以下である構成1から3までのいずれか1項に記載の多孔質酸化物半導体粒子。
[Configuration 4]
4. The porous oxide semiconductor particles according to any one of claims 1 to 3, wherein the pore size is 1 nm or more and 20 nm or less.

[構成5]
圧粉体の導電率が1.0×10-3S/cm以上である構成1から4までのいずれか1項に記載の多孔質酸化物半導体粒子。
[Configuration 5]
5. The porous oxide semiconductor particles according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrical conductivity of the powder compact is 1.0 x 10 -3 S/cm or more.

[構成6]
平均一次粒子径が0.05μm以上2μm以下である構成1から5までのいずれか1項に記載の多孔質酸化物半導体粒子。
[Configuration 6]
6. The porous oxide semiconductor particles according to any one of claims 1 to 5, wherein the average primary particle size is 0.05 μm or more and 2 μm or less.

[構成7]
細孔容量が0.1mL/g以上である構成1から6までのいずれか1項に記載の多孔質酸化物半導体粒子。
[Configuration 7]
7. The porous oxide semiconductor particles according to any one of claims 1 to 6, having a pore volume of 0.1 mL/g or more.

[構成8]
平均結晶子径が2nm以上40nm以下である構成1から7までのいずれか1項に記載の多孔質酸化物半導体粒子。
[Configuration 8]
8. The porous oxide semiconductor particles according to any one of claims 1 to 7, wherein the average crystallite size is 2 nm or more and 40 nm or less.

[構成9]
タップ密度が0.005g/cm3以上1.0g/cm3以下である構成1から8までのいずれか1項に記載の多孔質酸化物半導体粒子。
[Configuration 9]
9. The porous oxide semiconductor particles according to any one of claims 1 to 8, having a tap density of 0.005 g/cm 3 or more and 1.0 g/cm 3 or less.

[構成10]
固体高分子形燃料電池の触媒担体として用いられる構成1から9までのいずれか1項に記載の多孔質酸化物半導体粒子。
[Configuration 10]
10. The porous oxide semiconductor particles according to any one of claims 1 to 9, which are used as a catalyst support for a polymer electrolyte fuel cell.

[1.1. 一次粒子]
本発明に係る多孔質酸化物半導体粒子は、一次粒子が連結した連珠構造を備えている。
本発明において、「一次粒子」とは、5価のアンチモンがドープされた酸化スズからなる結晶子の集合体からなる多孔質の粒子をいう。
「多孔質」とは、結晶子の隙間にメソ孔があることをいう。
[1.1. Primary particles]
The porous oxide semiconductor particles according to the present invention have a bead-like structure in which primary particles are linked together.
In the present invention, the term "primary particles" refers to porous particles consisting of an aggregate of crystallites made of tin oxide doped with pentavalent antimony.
The term "porous" refers to the presence of mesopores between the crystallites.

[1.1.1. Sbドープ酸化スズ]
一次粒子を構成する結晶子は、5価のアンチモンがドープされた、Sbドープ酸化スズ(以下、これを「Sb-SnO2」ともいう)からなる。
Sb-SnO2は、燃料電池環境下における耐久性が高いので、結晶子を構成する酸化物半導体として好適である。また、Sb-SnO2は、ドーパントを含まないSnO2、及び、Sb以外のドーパントを含むSnO2に比べて高い導電率を示す。
[1.1.1. Sb-doped tin oxide]
The crystallites constituting the primary particles are made of Sb-doped tin oxide (hereinafter also referred to as "Sb--SnO 2 ") doped with pentavalent antimony.
Sb-- SnO2 is suitable as an oxide semiconductor for forming crystallites because of its high durability in a fuel cell environment. In addition, Sb-- SnO2 exhibits higher electrical conductivity than SnO2 without a dopant and SnO2 containing a dopant other than Sb.

[1.1.2. 5価のアンチモンのドープ量]
「5価のアンチモンのドープ量」とは、XAFS測定とICP分析から得られる値であって、前記多孔質酸化物半導体粒子に含まれるスズ及びアンチモンの総原子数に対する前記5価のアンチモンの原子数の割合をいう。
[1.1.2. Doping amount of pentavalent antimony]
The "doping amount of pentavalent antimony" is a value obtained by XAFS measurement and ICP analysis, and refers to the ratio of the number of pentavalent antimony atoms to the total number of tin and antimony atoms contained in the porous oxide semiconductor particles.

一般に、5価のアンチモンのドープ量が多くなるほど、導電率が高くなる。高い導電率を得るためには、5価のアンチモンのドープ量は、2.5at%以上である必要がある。ドープ量は、さらに好ましくは、4.5at%超、5.0at%以上、あるいは、5.5at%以上である。
一方、5価のアンチモンのドープ量を必要以上に多くしても、効果に差がなく、実益がない。従って、5価のアンチモンのドープ量は、15.0at%以下が好ましい。ドープ量は、さらに好ましくは、12.5at%以下、あるいは、10.0at%以下である。
In general, the higher the doping amount of pentavalent antimony, the higher the electrical conductivity. To obtain high electrical conductivity, the doping amount of pentavalent antimony must be 2.5 at% or more. The doping amount is more preferably more than 4.5 at%, 5.0 at% or more, or 5.5 at% or more.
On the other hand, even if the doping amount of pentavalent antimony is increased more than necessary, there is no difference in the effect and there is no practical benefit. Therefore, the doping amount of pentavalent antimony is preferably 15.0 at% or less. The doping amount is more preferably 12.5 at% or less, or 10.0 at% or less.

[1.1.3. 平均一次粒子径]
「平均一次粒子径」とは、一次粒子の最大寸法(=直径)の平均値をいう。
平均一次粒子径は、走査型電子顕微鏡(SEM)観察により測定することができる。
[1.1.3. Average primary particle size]
The term "average primary particle size" refers to the average value of the maximum dimension (= diameter) of the primary particles.
The average primary particle size can be measured by observation with a scanning electron microscope (SEM).

一般に、平均一次粒子径が小さくなりすぎると、触媒粒子を担持することが困難となる。従って、平均一次粒子径は、0.05μm以上が好ましい。平均一次粒子径は、好ましくは、0.06μm以上、さらに好ましくは、0.07μm以上である。
一方、平均一次粒子径が大きくなりすぎると、触媒層の厚さが厚くなり、触媒層中のイオン抵抗及び電子抵抗が大きくなる。従って、平均一次粒子径は、2μm以下が好ましい。平均一次粒子径は、好ましくは、1μm以下、さらに好ましくは、0.5μm以下である。
Generally, if the average primary particle size is too small, it becomes difficult to support catalyst particles. Therefore, the average primary particle size is preferably 0.05 μm or more. The average primary particle size is preferably 0.06 μm or more, and more preferably 0.07 μm or more.
On the other hand, if the average primary particle size is too large, the thickness of the catalyst layer becomes large, and the ionic resistance and electronic resistance in the catalyst layer become large. Therefore, the average primary particle size is preferably 2 μm or less. The average primary particle size is preferably 1 μm or less, and more preferably 0.5 μm or less.

[1.1.4. 平均結晶子径]
「平均結晶子径」とは、結晶子の最大寸法(=直径)の平均値をいう。
平均結晶子径は、X線回折ピークの線幅とシェラーの式とから求めることができる。
[1.1.4. Average crystallite size]
The term "average crystallite size" refers to the average value of the maximum dimension (=diameter) of the crystallites.
The average crystallite size can be determined from the line width of the X-ray diffraction peak and Scherrer's formula.

平均結晶子径が小さくなりすぎると、細孔径が小さくなりすぎる。従って、平均結晶子径は、2nm以上が好ましい。平均結晶子径は、好ましくは、3nm以上、さらに好ましくは、4nm以上である。
一方、平均結晶子径が大きくなりすぎると、細孔径が大きくなりすぎる。従って、平均結晶子径は、40nm以下が好ましい。平均結晶子径は、好ましくは、20nm以下、さらに好ましくは、10nm以下である。
If the average crystallite diameter is too small, the pore size will be too small. Therefore, the average crystallite diameter is preferably 2 nm or more. The average crystallite diameter is preferably 3 nm or more, and more preferably 4 nm or more.
On the other hand, if the average crystallite size is too large, the pore size will be too large. Therefore, the average crystallite size is preferably 40 nm or less. The average crystallite size is preferably 20 nm or less, and more preferably 10 nm or less.

[1.1.5. 一次粒子の形状]
本発明において、一次粒子の形状は、特に限定されない。後述する方法を用いて多孔質酸化物半導体粒子を作製した場合、一次粒子は、通常、完全な球状とはならず、アスペクト比が1.1~3程度のいびつな形状を持つ。
[1.1.5. Primary particle shape]
In the present invention, the shape of the primary particles is not particularly limited. When porous oxide semiconductor particles are produced using the method described below, the primary particles are usually not perfectly spherical but have an irregular shape with an aspect ratio of about 1.1 to 3.

[1.2. 二次粒子]
二次粒子は、連珠構造を備えている。
ここで、「連珠構造」とは、一次粒子が数珠状に連結している構造をいう。連珠構造を備えた二次粒子は、一次粒子が互いに粗に連結しているため、一次粒子の間には相対的に粗大な空隙がある。また、一次粒子は微細な結晶子の集合体からなるため、一次粒子の内部には相対的に微細な空隙(メソ孔)がある。
[1.2. Secondary particles]
The secondary particles have a bead-like structure.
Here, the term "beaded structure" refers to a structure in which primary particles are connected in a beaded shape. In secondary particles having a beaded structure, the primary particles are loosely connected to each other, so there are no gaps between the primary particles. In addition, since the primary particles are made up of an aggregate of minute crystallites, there are relatively small voids (mesopores) inside the primary particles.

後述するように、本発明に係る多孔質酸化物半導体粒子は、メソポーラスカーボンを鋳型に用いて製造される。また、メソポーラスカーボンは、メソポーラスシリカを鋳型に用いて製造される。メソポーラスシリカは、通常、シリカ源、界面活性剤及び触媒を含む反応溶液中において、シリカ源を縮重合させることにより合成されている。 As described below, the porous oxide semiconductor particles according to the present invention are produced using mesoporous carbon as a template. Also, mesoporous carbon is produced using mesoporous silica as a template. Mesoporous silica is usually synthesized by condensation polymerization of a silica source in a reaction solution containing a silica source, a surfactant, and a catalyst.

この時、反応溶液中の界面活性剤の濃度及びシリカ源の濃度をそれぞれある特定の範囲に限定すると、連珠構造を備えており、かつ、平均一次粒子径、細孔径、細孔容量、タップ密度等が特定の範囲にあるメソポーラスシリカが得られる。
このような連珠構造を備えたメソポーラスシリカを第1鋳型に用いると、連珠構造を備えたメソポーラスカーボンが得られる。さらに、連珠構造を備えたメソポーラスカーボンを第2鋳型に用いると、連珠構造を備えた多孔質酸化物半導体粒子が得られる。
In this case, by limiting the concentration of the surfactant and the concentration of the silica source in the reaction solution to specific ranges, respectively, it is possible to obtain mesoporous silica having a bead-and-loop structure and having specific ranges for the average primary particle size, pore size, pore volume, tap density, etc.
When such mesoporous silica having a bead-and-loop structure is used as a first template, mesoporous carbon having a bead-and-loop structure can be obtained.Furthermore, when mesoporous carbon having a bead-and-loop structure is used as a second template, porous semiconductor oxide particles having a bead-and-loop structure can be obtained.

[1.3. 特性]
[1.3.1. 比表面積]
本発明に係る多孔質酸化物半導体粒子をPEFCの触媒担体に用いる場合において、多孔質酸化物半導体粒子の比表面積が小さくなりすぎると、触媒の活性種を微粒で高分散に担持できなくなり、触媒の有効面積が小さくなる。従って、多孔質酸化物半導体粒子の比表面積は、大きいほどよい。
[1.3. Characteristic]
[1.3.1. Specific surface area]
When the porous oxide semiconductor particles according to the present invention are used as a catalyst support for PEFCs, if the specific surface area of the porous oxide semiconductor particles is too small, the active species of the catalyst cannot be supported in a fine and highly dispersed state, and the catalyst Therefore, the larger the specific surface area of the porous oxide semiconductor particles, the better.

本発明に係る多孔質酸化物半導体粒子は、連珠構造を備え、かつ、一次粒子内にメソ孔があるため、従来の材料に比べて比表面積が大きい。製造条件を最適化すると、比表面積は、60m2/g以上となる。製造条件をさらに最適化すると、比表面積は、80m2/g以上、100m2/g以上、あるいは、150m2/g以上となる。
後述する方法を用いると、比表面積が200m2/g程度である多孔質酸化物半導体粒子であっても、合成することができる。
The porous oxide semiconductor particles according to the present invention have a bead-like structure and mesopores in the primary particles, and therefore have a larger specific surface area than conventional materials. When the manufacturing conditions are optimized, the specific surface area becomes 60 m2 /g or more. When the manufacturing conditions are further optimized, the specific surface area becomes 80 m2 /g or more, 100 m2 /g or more, or 150 m2 /g or more.
By using the method described below, it is possible to synthesize porous semiconductor oxide particles even with a specific surface area of about 200 m 2 /g.

[1.3.2. 細孔径]
「細孔径」とは、一次粒子に含まれるメソ孔の直径の平均値をいい、一次粒子間にある空隙の大きさは含まれない。
細孔径は、多孔質酸化物半導体粒子の窒素吸着等温線の吸着側データをBJH法で解析し、細孔容量が最大となるときの細孔径(最頻出ピーク値、又はモード細孔径)を求めることにより得られる。
なお、「メソ孔」とは、一般に、直径が2~50nmの細孔をいうが、本発明において「メソ孔」というときは、直径が2nm未満の細孔(いわゆる、「マイクロ孔」)も含まれる。
[1.3.2. Pore diameter]
The "pore size" refers to the average diameter of the mesopores contained in the primary particles, and does not include the size of the voids between the primary particles.
The pore diameter is determined by analyzing the adsorption side data of the nitrogen adsorption isotherm of the porous oxide semiconductor particles by the BJH method, and determining the pore diameter at which the pore volume is maximum (the most frequent peak value or the mode pore diameter). This is obtained by:
In addition, the term "mesopores" generally refers to pores with a diameter of 2 to 50 nm, but in the present invention, the term "mesopores" also includes pores with a diameter of less than 2 nm (so-called "micropores"). included.

一次粒子は、微細な結晶子の集合体であるため、その内部にメソ孔を持つ。本発明に係る多孔質酸化物半導体粒子をPEFC用の触媒担体として用いる場合において、メソ孔内に触媒粒子を担持させると、触媒層アイオノマによる被毒を抑制することができる。一般に、一次粒子の細孔径が小さくなりすぎると、細孔内に担持された触媒に反応ガスやプロトンが供給されにくくなり、あるいは、反応により生じた水が排出されにくくなる。従って、細孔径は、1nm以上が好ましい。細孔径は、好ましくは、2nm以上、さらに好ましくは、3nm以上である。
一方、細孔径が大きくなりすぎると、細孔内に触媒層アイオノマが侵入しやすくなり、触媒被毒が起きやすくなる。従って、細孔径は、20nm以下が好ましい。細孔径は、好ましくは、10nm以下、さらに好ましくは、5nm以下である。
The primary particles are an aggregate of fine crystallites, and therefore have mesopores therein. When the porous oxide semiconductor particles according to the present invention are used as a catalyst support for PEFC, by supporting catalyst particles in the mesopores, poisoning by the catalyst layer ionomer can be suppressed. In general, if the pore size of the primary particles is too small, it becomes difficult to supply reaction gas or protons to the catalyst supported in the pores, or it becomes difficult to discharge water generated by the reaction. Therefore, the pore size is preferably 1 nm or more. The pore size is preferably 2 nm or more, more preferably 3 nm or more.
On the other hand, if the pore diameter is too large, the catalyst layer ionomer easily penetrates into the pores, which easily causes catalyst poisoning. Therefore, the pore diameter is preferably 20 nm or less. The pore diameter is preferably 10 nm or less, and more preferably 5 nm or less.

[1.3.3. 細孔容量]
「細孔容量」とは、一次粒子に含まれるメソ孔の容積をいい、一次粒子間にある空隙の容積は含まれない。
細孔容量は、多孔質酸化物半導体の窒素吸着等温線の吸着データをBJH法で解析し、P/P0=0.03~0.99の値で算出することにより得られる。
1.3.3. Pore volume
"Pore volume" refers to the volume of the mesopores contained in the primary particles, and does not include the volume of the voids between the primary particles.
The pore volume can be obtained by analyzing the adsorption data of the nitrogen adsorption isotherm of the porous oxide semiconductor by the BJH method and calculating the value of P/P 0 =0.03 to 0.99.

本発明に係る多孔質酸化物半導体粒子をPEFC用の触媒担体に用いる場合において、細孔容量が小さくなりすぎると、細孔内に担持される触媒粒子の割合が小さくなる。従って、細孔容量は、0.1mL/g以上が好ましい。細孔容量は、好ましくは、0.15mL/g以上、さらに好ましくは、0.2mL/g以上である。
一方、細孔容量が大きくなりすぎると、酸化物半導体からなる細孔壁の割合が小さくなり、電子伝導性が低くなる。また、アイオノマ侵入量が多くなり、触媒被毒により活性が低下する場合がある。従って、細孔容量は、1mL/g以下が好ましい。細孔容量は、好ましくは、0.7mL/g以下、さらに好ましくは、0.5mL/g以下である。
When the porous oxide semiconductor particles according to the present invention are used as a catalyst support for PEFC, if the pore volume is too small, the ratio of catalyst particles supported in the pores will be small. Therefore, the pore volume is preferably 0.1 mL/g or more. The pore volume is preferably 0.15 mL/g or more, and more preferably 0.2 mL/g or more.
On the other hand, if the pore volume is too large, the ratio of the pore walls made of oxide semiconductor becomes small, and the electronic conductivity becomes low. Also, the amount of ionomer penetration increases, and the activity may decrease due to catalyst poisoning. Therefore, the pore volume is preferably 1 mL/g or less. The pore volume is preferably 0.7 mL/g or less, and more preferably 0.5 mL/g or less.

[1.3.4. 圧粉体の導電率]
「圧粉体の導電率」とは、
(a)2枚のステンレス鋼製円盤と、円筒状の穴が開いたプラスチック製治具とを用いて多孔質酸化物半導体粒子を成形し、
(b)得られた圧粉体に2.4MPaの圧力をかけた状態で、一定の電流を流しながら電圧を測定することで得た値をいう。
圧粉体(すなわち、多孔質酸化物半導体粒子)の導電性は、主として、酸化物半導体の種類、並びに、ドーパントの種類及び量に依存する。酸化物半導体の組成を最適化すると、圧粉体の導電率は、1.0×10-3S/cm以上となる。製造条件をさらに最適化すると、導電率は、1.0×10-2S/cm以上、あるいは、4.0×10-2S/cm以上となる。
後述する方法を用いると、圧粉体の導電率が10S/cm程度である多孔質半導体粒子であっても、合成することができる。
1.3.4. Electrical conductivity of powder compact
"Conductivity of green compact" means
(a) forming porous semiconductor oxide particles using two stainless steel disks and a plastic jig with a cylindrical hole;
(b) This refers to the value obtained by measuring the voltage while applying a constant current to the obtained green compact under a pressure of 2.4 MPa.
The electrical conductivity of the compact (i.e., the porous oxide semiconductor particles) depends mainly on the type of oxide semiconductor and the type and amount of dopant. When the composition of the oxide semiconductor is optimized, the electrical conductivity of the compact is 1.0×10 −3 S/cm or more. When the manufacturing conditions are further optimized, the electrical conductivity is 1.0×10 −2 S/cm or more, or 4.0×10 −2 S/cm or more.
By using the method described below, it is possible to synthesize porous semiconductor particles even when the powder compact has an electrical conductivity of about 10 S/cm.

[1.3.5. タップ密度]
「タップ密度」とは、JIS Z 2512に準拠して測定される値をいう。
本発明に係る多孔質酸化物半導体粒子をPEFCの触媒層に用いる場合において、多孔質酸化物半導体粒子のタップ密度が小さくなりすぎると、得られた触媒層の厚みが厚くなりすぎ、プロトン伝導性が低下する。従って、タップ密度は、0.005g/cm3以上が好ましい。タップ密度は、好ましくは、0.01g/cm3以上、さらに好ましくは、0.05g/cm3以上である。
一方、タップ密度が大きくなりすぎると、これを用いて触媒層を作製した時に、触媒層内にフラッディングを抑制可能な空隙を確保するのが困難となる。従って、タップ密度は、1.0g/cm3以下が好ましい。タップ密度は、好ましくは、0.75g/cm3以下である。
[1.3.5. Tap density]
The "tap density" refers to a value measured in accordance with JIS Z 2512.
When the porous oxide semiconductor particles according to the present invention are used in a catalyst layer of a PEFC, if the tap density of the porous oxide semiconductor particles is too small, the thickness of the resulting catalyst layer becomes too large, and the proton conductivity decreases. Therefore, the tap density is preferably 0.005 g/cm 3 or more. The tap density is preferably 0.01 g/cm 3 or more, and more preferably 0.05 g/cm 3 or more.
On the other hand, if the tap density is too high, when a catalyst layer is produced using this, it becomes difficult to ensure voids in the catalyst layer that can suppress flooding. Therefore, the tap density is preferably 1.0 g/ cm3 or less. The tap density is preferably 0.75 g/ cm3 or less.

[1.4. 用途]
本発明に係る多孔質半導体粒子は、PEFCの触媒担体、固体高分子形水電解セル(PEEC)の触媒担体などに用いることができる。本発明に係る多孔質半導体粒子は、メソ孔を有し、比表面積が大きく、導電率が高く、かつ、酸化腐食しにくいので、PEFC用の触媒担体として特に好適である。
[1.4. Applications
The porous semiconductor particles according to the present invention can be used as a catalyst support for a PEFC, a catalyst support for a polymer electrolyte electrolysis cell (PEEC), etc. The porous semiconductor particles according to the present invention have mesopores. Since it has a large specific surface area, high electrical conductivity, and is resistant to oxidation and corrosion, it is particularly suitable as a catalyst support for PEFCs.

[2. メソポーラスシリカ(第1鋳型)の製造方法]
本発明に係る多孔質半導体粒子を製造するためには、まず、連珠構造を備えたメソポーラスシリカ(第1鋳型)を製造する必要がある。このようなメソポーラスシリカは、
(a)シリカ源、界面活性剤及び触媒を含む反応溶液中において、前記シリカ源を縮重合させて前駆体粒子を作製し、
(b)前記反応溶液から前記前駆体粒子を分離し、乾燥させ、
(c)必要に応じて、乾燥させた前駆体粒子に対して拡径処理を行い、
(d)前記前駆体粒子を焼成する
ことにより得られる。
[2. Method for producing mesoporous silica (first mold)]
In order to produce the porous semiconductor particles according to the present invention, it is first necessary to produce mesoporous silica (first template) having a bead-and-loop structure. Such mesoporous silica can be prepared by:
(a) preparing precursor particles by condensation polymerization of the silica source in a reaction solution containing a silica source, a surfactant, and a catalyst;
(b) separating the precursor particles from the reaction solution and drying;
(c) optionally subjecting the dried precursor particles to a diameter enlarging treatment;
(d) The precursor particles are calcined to obtain the porous material.

[2.1. 縮重合工程]
まず、シリカ源、界面活性剤及び触媒を含む反応溶液中において、前記シリカ源を縮重合させ、前駆体粒子を得る(縮重合工程)。
[2.1. Polycondensation process]
First, in a reaction solution containing a silica source, a surfactant, and a catalyst, the silica source is condensation-polymerized to obtain precursor particles (condensation polymerization step).

[2.1.1. シリカ源]
本発明において、シリカ源の種類は、特に限定されない。シリカ源としては、例えば、
(a)テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン、テトラエチレングリコキシシラン等のテトラアルコキシシラン類、
(b)3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン等のトリアルコキシシラン類、
などがある。シリカ源には、これらのいずれか1種を用いても良く、あるいは、2種以上を組み合わせて用いても良い。
2.1.1. Silica Source
In the present invention, the type of silica source is not particularly limited. Examples of the silica source include
(a) tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetrabutoxysilane, dimethoxydiethoxysilane, and tetraethyleneglycoxysilane;
(b) trialkoxysilanes such as 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, and 3-(2-aminoethyl)aminopropyltrimethoxysilane;
As the silica source, any one of these may be used alone or two or more of them may be used in combination.

[2.1.2. 界面活性剤]
シリカ源を反応溶液中で縮重合させる場合において、反応溶液に界面活性剤を添加すると、反応溶液中において界面活性剤がミセルを形成する。ミセルの周囲には親水基が集合しているため、ミセルの表面にはシリカ源が吸着する。さらに、シリカ源が吸着しているミセルが反応溶液中において自己組織化し、シリカ源が縮重合する。その結果、一次粒子内部には、ミセルに起因するメソ孔が形成される。メソ孔の大きさは、主として、界面活性剤の分子長により制御(1~50nmまで)することができる。
[2.1.2. Surfactants]
When a silica source is polycondensed in a reaction solution, the surfactant forms micelles in the reaction solution. Hydrophilic groups are gathered around the micelles, so the silica source is adsorbed to the surface of the micelles. Furthermore, the micelles to which the silica source is adsorbed self-organize in the reaction solution, and the silica source is polycondensed. As a result, mesopores due to the micelles are formed inside the primary particles. The size of the mesopores can be controlled (up to 1 to 50 nm) mainly by the molecular length of the surfactant.

本発明において、界面活性剤には、アルキル4級アンモニウム塩を用いる。アルキル4級アンモニウム塩とは、次の(a)式で表される化合物をいう。
CH3-(CH2)n-N+(R1)(R2)(R3)X- ・・・(a)
In the present invention, an alkyl quaternary ammonium salt is used as the surfactant. The alkyl quaternary ammonium salt refers to a compound represented by the following formula (a).
CH3- ( CH2 ) n -N + ( R1 )( R2 )( R3 )X -... (a)

(a)式中、R1、R2、R3は、それぞれ、炭素数が1~3のアルキル基を表す。R1、R2、及び、R3は、互いに同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。アルキル4級アンモニウム塩同士の凝集(ミセルの形成)を容易化するためには、R1、R2、及び、R3は、すべて同一であることが好ましい。さらに、R1、R2、及び、R3の少なくとも1つは、メチル基が好ましく、すべてがメチル基であることが好ましい。
(a)式中、Xはハロゲン原子を表す。ハロゲン原子の種類は特に限定されないが、入手の容易さからXは、Cl又はBrが好ましい。
In formula (a), R 1 , R 2 , and R 3 each represent an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. R 1 , R 2 , and R 3 may be the same as or different from each other. In order to facilitate aggregation (micelle formation) of alkyl quaternary ammonium salts, it is preferable that R 1 , R 2 , and R 3 are all the same. Furthermore, it is preferable that at least one of R 1 , R 2 , and R 3 is a methyl group, and it is preferable that all of them are methyl groups.
In formula (a), X represents a halogen atom. The type of the halogen atom is not particularly limited, but X is preferably Cl or Br in view of availability.

(a)式中、nは7~21の整数を表す。一般に、nが小さくなるほど、メソ孔の中心細孔径が小さい球状のメソ多孔体が得られる。一方、nが大きくなるほど、中心細孔径は大きくなるが、nが大きくなりすぎると、アルキル4級アンモニウム塩の疎水性相互作用が過剰となる。その結果、層状の化合物が生成し、メソ多孔体が得られない。nは、好ましくは、9~17、さらに好ましくは、13~17である。 In formula (a), n represents an integer of 7 to 21. In general, the smaller n is, the smaller the central pore diameter of the mesopores is, resulting in a spherical mesoporous body. On the other hand, the larger n is, the larger the central pore diameter is, but if n is too large, the hydrophobic interaction of the alkyl quaternary ammonium salt becomes excessive. As a result, a layered compound is formed, and a mesoporous body cannot be obtained. n is preferably 9 to 17, and more preferably 13 to 17.

(a)式で表されるものの中でも、アルキルトリメチルアンモニウムハライドが好ましい。アルキルトリメチルアンモニウムハライドとしては、例えば、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムハライド、オクタデシルトリメチルアンモニウムハライド、ノニルトリメチルアンモニウムハライド、デシルトリメチルアンモニウムハライド、ウンデシルトリメチルアンモニウムハライド、ドデシルトリメチルアンモニウムハライド等がある。
これらの中でも、特に、アルキルトリメチルアンモニウムブロミド又はアルキルトリメチルアンモニウムクロリドが好ましい。
Among those represented by formula (a), alkyl trimethyl ammonium halides are preferred. Examples of alkyl trimethyl ammonium halides include hexadecyl trimethyl ammonium halides, octadecyl trimethyl ammonium halides, nonyl trimethyl ammonium halides, decyl trimethyl ammonium halides, undecyl trimethyl ammonium halides, and dodecyl trimethyl ammonium halides.
Among these, alkyltrimethylammonium bromide or alkyltrimethylammonium chloride is particularly preferred.

メソポーラスシリカを合成する場合において、1種類のアルキル4級アンモニウム塩を用いても良く、あるいは、2種以上を用いても良い。しかしながら、アルキル4級アンモニウム塩は、一次粒子内にメソ孔を形成するためのテンプレートとなるので、その種類は、メソ孔の形状に大きな影響を与える。より均一なメソ孔を有するシリカ粒子を合成するためには、1種類のアルキル4級アンモニウム塩を用いるのが好ましい。 When synthesizing mesoporous silica, one type of alkyl quaternary ammonium salt may be used, or two or more types may be used. However, since the alkyl quaternary ammonium salt serves as a template for forming mesopores within the primary particles, the type of alkyl quaternary ammonium salt has a significant effect on the shape of the mesopores. In order to synthesize silica particles with more uniform mesopores, it is preferable to use one type of alkyl quaternary ammonium salt.

[2.1.3. 触媒]
シリカ源を縮重合させる場合、通常、反応溶液中に触媒を加える。粒子状のメソポーラスシリカを合成する場合、触媒には、水酸化ナトリウム、アンモニア水等のアルカリを用いても良く、あるいは、塩酸等の酸を用いても良い。
2.1.3. Catalyst
When the silica source is polycondensed, a catalyst is usually added to the reaction solution. When synthesizing particulate mesoporous silica, the catalyst may be an alkali such as sodium hydroxide or aqueous ammonia, or an acid such as hydrochloric acid.

[2.1.4. 溶媒]
溶媒には、水、アルコールなどの有機溶媒、水と有機溶媒の混合溶媒などを用いる。
アルコールは、
(1)メタノール、エタノール、プロパノール等の1価のアルコール、
(2)エチレングリコール等の2価のアルコール、
(3)グリセリン等の3価のアルコール、
のいずれでも良い。
水と有機溶媒の混合溶媒を用いる場合、混合溶媒中の有機溶媒の含有量は、目的に応じて任意に選択することができる。一般に、溶媒中に適量の有機溶媒を添加すると、粒径や粒度分布の制御が容易化する。
2.1.4. Solvent
The solvent used may be water, an organic solvent such as alcohol, or a mixed solvent of water and an organic solvent.
Alcohol is
(1) Monohydric alcohols such as methanol, ethanol, and propanol,
(2) Dihydric alcohols such as ethylene glycol,
(3) Trihydric alcohols such as glycerin,
Either is fine.
When a mixed solvent of water and an organic solvent is used, the content of the organic solvent in the mixed solvent can be selected arbitrarily depending on the purpose. In general, adding an appropriate amount of an organic solvent to the solvent makes it easier to control the particle size and particle size distribution.

[2.1.5. 反応溶液の組成]
反応溶液中の組成は、合成されるメソポーラスシリカの外形や細孔構造に影響を与える。特に、反応溶液中の界面活性剤の濃度、及びシリカ源の濃度は、メソポーラスシリカ粒子の平均一次粒子径、細孔径、細孔容量、及びタップ密度に与える影響が大きい。
[2.1.5. Composition of reaction solution]
The composition of the reaction solution affects the external shape and pore structure of the synthesized mesoporous silica. In particular, the concentrations of the surfactant and silica source in the reaction solution have a large effect on the average primary particle size, pore size, pore volume, and tap density of the mesoporous silica particles.

[A. 界面活性剤の濃度]
界面活性剤の濃度が低すぎると、粒子の析出速度が遅くなり、一次粒子が連結している構造体は得られない。従って、界面活性剤の濃度は、0.03mol/L以上である必要がある。界面活性剤の濃度は、好ましくは、0.035mol/L以上、さらに好ましくは、0.04mol/L以上である。
A. Surfactant Concentration
If the concentration of the surfactant is too low, the particle precipitation speed will be slow, and a structure in which the primary particles are linked will not be obtained. Therefore, the concentration of the surfactant must be 0.03 mol/L or more. The concentration of the surfactant is preferably 0.035 mol/L or more, more preferably 0.04 mol/L or more.

一方、界面活性剤の濃度が高すぎると、粒子の析出速度が速くなりすぎ、一次粒子径が容易に300nmを超える。従って、界面活性剤の濃度は、1.0mol/L以下である必要がある。界面活性剤の濃度は、好ましくは、0.95mol/L以下、さらに好ましくは、0.90mol/L以下である。 On the other hand, if the surfactant concentration is too high, the particle precipitation rate becomes too fast and the primary particle size easily exceeds 300 nm. Therefore, the surfactant concentration must be 1.0 mol/L or less. The surfactant concentration is preferably 0.95 mol/L or less, and more preferably 0.90 mol/L or less.

[B. シリカ源の濃度]
シリカ源の濃度が低すぎると、粒子の析出速度が遅くなり、一次粒子が連結している構造体は得られない。あるいは、界面活性剤が過剰となり、均一なメソ孔が得られない場合がある。従って、シリカ源の濃度は、0.05mol/L以上である必要がある。シリカ源の濃度は、好ましくは、0.06mol/L以上、さらに好ましくは、0.07mol/L以上である。
B. Concentration of Silica Source
If the concentration of the silica source is too low, the particle precipitation rate will be slow, and a structure in which primary particles are connected will not be obtained. Alternatively, the surfactant will be excessive, and uniform mesopores may not be obtained. Therefore, the concentration of the silica source must be 0.05 mol/L or more. The concentration of the silica source is preferably 0.06 mol/L or more, and more preferably 0.07 mol/L or more.

一方、シリカ源の濃度が高すぎると、粒子の析出速度が速くなりすぎ、一次粒子径が容易に300nmを超える。あるいは、球状粒子ではなく、シート状の粒子が得られる場合がある。従って、シリカ源の濃度は、1.0mol/L以下である必要がある。シリカ源の濃度は、好ましくは、0.95mol/L以下、さらに好ましくは、0.9mol/L以下である。 On the other hand, if the concentration of the silica source is too high, the particle precipitation rate becomes too fast, and the primary particle size easily exceeds 300 nm. Alternatively, sheet-like particles may be obtained instead of spherical particles. Therefore, the concentration of the silica source must be 1.0 mol/L or less. The concentration of the silica source is preferably 0.95 mol/L or less, and more preferably 0.9 mol/L or less.

[C. 触媒の濃度]
本発明において、触媒の濃度は、特に限定されない。一般に、触媒の濃度が低すぎると、粒子の析出速度が遅くなる。一方、触媒の濃度が高すぎると、粒子の析出速度が速くなる。最適な触媒の濃度は、シリカ源の種類、界面活性剤の種類、目標とする物性値などに応じて最適な濃度を選択するのが好ましい。
C. Catalyst Concentration
In the present invention, the catalyst concentration is not particularly limited. In general, if the catalyst concentration is too low, the particle precipitation speed becomes slow. On the other hand, if the catalyst concentration is too high, the particle precipitation speed becomes fast. It is preferable to select the optimum catalyst concentration according to the type of silica source, the type of surfactant, the target physical property value, etc.

[2.1.6 反応条件]
所定量の界面活性剤を含む溶媒中に、シリカ源を加え、加水分解及び重縮合を行う。これにより、界面活性剤がテンプレートとして機能し、シリカ及び界面活性剤を含む前駆体粒子が得られる。
反応条件は、シリカ源の種類、前駆体粒子の粒径等に応じて、最適な条件を選択する。一般に、反応温度は、-20~100℃が好ましい。反応温度は、さらに好ましくは、0~90℃、さらに好ましくは、10~80℃である。
2.1.6 Reaction conditions
A silica source is added to a solvent containing a predetermined amount of a surfactant, and hydrolysis and polycondensation are carried out, whereby precursor particles containing silica and the surfactant are obtained with the surfactant acting as a template.
The optimum reaction conditions are selected depending on the type of silica source, the particle size of the precursor particles, etc. In general, the reaction temperature is preferably −20 to 100° C. The reaction temperature is more preferably 0 to 90° C., and even more preferably 10 to 80° C.

[2.2. 乾燥工程]
次に、前記反応溶液から前記前駆体粒子を分離し、乾燥させる(乾燥工程)。
乾燥は、前駆体粒子内に残存している溶媒を除去するために行う。乾燥条件は、溶媒の除去が可能な限りにおいて、特に限定されるものではない。
[2.2. Drying process]
Next, the precursor particles are separated from the reaction solution and dried (drying step).
Drying is carried out in order to remove the solvent remaining in the precursor particles. The drying conditions are not particularly limited as long as the solvent can be removed.

[2.3. 拡径処理]
次に、必要に応じて、乾燥させた前駆体粒子に対して拡径処理を行っても良い(拡径工程)。「拡径処理」とは、一次粒子内のメソ孔の直径を拡大させる処理をいう。
拡径処理は、具体的には、合成された前駆体粒子(界面活性剤の未除去のもの)を、拡径剤を含む溶液中で水熱処理することにより行う。この処理によって前駆体粒子の細孔径を拡大させることができる。
[2.3. Diameter expansion process]
Next, if necessary, the dried precursor particles may be subjected to a diameter expansion treatment (diameter expansion step). The "diameter expansion treatment" refers to a treatment for expanding the diameter of mesopores in the primary particles.
Specifically, the diameter-enlarging treatment is carried out by subjecting the synthesized precursor particles (from which the surfactant has not been removed) to a hydrothermal treatment in a solution containing a diameter-enlarging agent, which can enlarge the pore size of the precursor particles.

拡径剤としては、例えば、
(a)トリメチルベンゼン、トリエチルベンゼン、ベンゼン、シクロヘキサン、トリイソプロピルベンゼン、ナフタレン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカンなどの炭化水素、
(b)塩酸、硫酸、硝酸などの酸、
などがある。
Examples of the diameter expanding agent include:
(a) Hydrocarbons such as trimethylbenzene, triethylbenzene, benzene, cyclohexane, triisopropylbenzene, naphthalene, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, and dodecane;
(b) acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid;
and so on.

炭化水素共存下で水熱処理することにより細孔径が拡大するのは、拡径剤が溶媒から、より疎水性の高い前駆体粒子の細孔内に導入される際に、シリカの再配列が起こるためと考えられる。
また、塩酸などの酸共存下で水熱処理することにより細孔径が拡大するのは、一次粒子内部においてシリカの溶解・再析出が進行するためと考えられる。製造条件を最適化すると、シリカ内部に放射状細孔が形成される。これを酸共存下で水熱処理すると、シリカの溶解・再析出が起こり、放射状細孔が連通細孔に変換される。
The reason why the pore size increases by hydrothermal treatment in the presence of a hydrocarbon is believed to be that rearrangement of silica occurs when the diameter-expanding agent is introduced from the solvent into the pores of the more hydrophobic precursor particles.
In addition, the pore size increases when the silica is hydrothermally treated in the presence of an acid such as hydrochloric acid. This is believed to be due to the dissolution and reprecipitation of silica inside the primary particles. When the manufacturing conditions are optimized, radial pores are formed inside the silica. When the silica is hydrothermally treated in the presence of an acid, the silica dissolves and reprecipitation occurs, and the radial pores are converted into interconnected pores.

拡径処理の条件は、目的とする細孔径が得られる限りにおいて、特に限定されない。通常、反応溶液に対して、0.05mol/L~10mol/L程度の拡径剤を添加し、60~150℃で水熱処理するのが好ましい。 There are no particular limitations on the conditions for the diameter expansion treatment, so long as the desired pore diameter is obtained. Usually, it is preferable to add about 0.05 mol/L to 10 mol/L of a diameter expansion agent to the reaction solution and perform hydrothermal treatment at 60 to 150°C.

[2.4. 焼成工程]
次に、必要に応じて拡径処理を行った後、前記前駆体粒子を焼成する(焼成工程)。これにより、連珠構造を備えたメソポーラスシリカ粒子が得られる。
焼成は、OH基が残留している前駆体粒子を脱水・結晶化させるため、及び、メソ孔内に残存している界面活性剤を熱分解させるために行われる。焼成条件は、脱水・結晶化、及び界面活性剤の熱分解が可能な限りにおいて、特に限定されない。焼成は、通常、大気中において、400℃~700℃で1時間~10時間加熱することにより行われる。
[2.4. Firing process]
Next, after carrying out a diameter expansion treatment as necessary, the precursor particles are calcined (calcination step), thereby obtaining mesoporous silica particles having a bead-and-loop structure.
The calcination is carried out in order to dehydrate and crystallize the precursor particles with residual OH groups and to thermally decompose the surfactant remaining in the mesopores. The calcination conditions are not particularly limited as long as the dehydration, crystallization, and thermal decomposition of the surfactant are possible. The calcination is usually carried out by heating in the air at 400°C to 700°C for 1 hour to 10 hours.

[3. メソポーラスカーボン(第2鋳型)の製造方法]
次に、連珠構造を備えたメソポーラスシリカを鋳型に用いて、連珠構造を備えたメソポーラスカーボン(第2鋳型)を製造する。このようなメソポーラスカーボンは、
(a)第1鋳型となるメソポーラスシリカを準備し、
(b)前記メソポーラスシリカのメソ孔内にカーボンを析出させ、シリカ/カーボン複合体を作製し、
(c)前記複合体からシリカを除去する
ことにより得られる。
また、得られたメソポーラスカーボンの黒鉛化を促進させるために、シリカを除去した後に、メソポーラスカーボンを1500℃より高い温度で熱処理しても良い。
[3. Manufacturing method of mesoporous carbon (second mold)]
Next, the mesoporous silica having a bead-like structure is used as a template to produce mesoporous carbon having a bead-like structure (second template). Such mesoporous carbon is
(a) preparing mesoporous silica to serve as a first template;
(b) depositing carbon in the mesopores of the mesoporous silica to produce a silica/carbon composite;
(c) By removing silica from the composite.
In order to promote graphitization of the obtained mesoporous carbon, the mesoporous carbon may be heat-treated at a temperature higher than 1500° C. after removing the silica.

[3.1. 第1鋳型準備工程]
まず、第1鋳型となるメソポーラスシリカを準備する(第1鋳型準備工程)。メソポーラスシリカの製造方法の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
[3.1. First mold preparation step]
First, mesoporous silica that will become the first template is prepared (first template preparation step). Details of the method for producing mesoporous silica are as described above, and therefore will not be described here.

[3.2. カーボン析出工程]
次に、メソポーラスシリカのメソ孔内にカーボンを析出させ、シリカ/カーボン複合体を作製する(カーボン析出工程)。
メソ孔内へのカーボンの析出は、具体的には、
(a)メソ孔内にカーボン前駆体を導入し、
(b)メソ孔内において、カーボン前駆体を重合及び炭化させる
ことにより行われる。
[3.2. Carbon Deposition Process]
Next, carbon is precipitated in the mesopores of the mesoporous silica to prepare a silica/carbon composite (carbon precipitation step).
Specifically, the deposition of carbon in mesopores is as follows:
(a) introducing a carbon precursor into the mesopores;
(b) By polymerizing and carbonizing a carbon precursor within the mesopores.

[3.2.1. カーボン前駆体の導入]
「カーボン前駆体」とは、熱分解によって炭素を生成可能なものをいう。このようなカーボン前駆体としては、具体的には、
(1) 常温で液体であり、かつ、熱重合性のポリマー前駆体(例えば、フルフリルアルコール、アニリン等)、
(2) 炭水化物の水溶液と酸の混合物(例えば、スクロース(ショ糖)、キシロース(木糖)、グルコース(ブドウ糖)などの単糖類、あるいは、二糖類、多糖類と、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸などの酸との混合物)、
(3) 2液硬化型のポリマー前駆体の混合物(例えば、フェノールとホルマリン等)、
などがある。
これらの中でも、ポリマー前駆体は、溶媒で希釈することなくメソ孔内に含浸させることができるので、相対的に少数回の含浸回数で、相対的に多量の炭素をメソ孔内に生成させることができる。また、重合開始剤が不要であり、取り扱いも容易であるという利点がある。
[3.2.1. Introduction of carbon precursor]
The term "carbon precursor" refers to a material capable of producing carbon by pyrolysis. Specific examples of such carbon precursors include:
(1) A polymer precursor that is liquid at room temperature and is thermally polymerizable (e.g., furfuryl alcohol, aniline, etc.);
(2) A mixture of an aqueous solution of carbohydrates and an acid (e.g., a mixture of monosaccharides such as sucrose, xylose, glucose, etc., or a mixture of disaccharides or polysaccharides and an acid such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, or phosphoric acid),
(3) A mixture of two-component curing polymer precursors (e.g., phenol and formalin, etc.);
and so on.
Among these, polymer precursors can be impregnated into the mesopores without diluting them with a solvent, so that a relatively large amount of carbon can be produced in the mesopores with a relatively small number of impregnations. In addition, they have the advantage that they do not require a polymerization initiator and are easy to handle.

液体又は溶液のカーボン前駆体を用いる場合、1回当たりの液体又は溶液の吸着量は、多いほど良く、メソ孔全体が液体又は溶液で満たされる量が好ましい。
また、カーボン前駆体として炭水化物の水溶液と酸の混合物を用いる場合、酸の量は、有機物を重合させることが可能な最小量とするのが好ましい。
さらに、カーボン前駆体として、2液硬化型のポリマー前駆体の混合物を用いる場合、その比率は、ポリマー前駆体の種類に応じて、最適な比率を選択する。
When a liquid or solution carbon precursor is used, the amount of liquid or solution adsorbed per one time is preferably as large as possible, and is preferably such an amount that the entire mesopores are filled with the liquid or solution.
When a mixture of an aqueous solution of a carbohydrate and an acid is used as the carbon precursor, the amount of acid is preferably the minimum amount capable of polymerizing the organic matter.
Furthermore, when a mixture of two-liquid curing type polymer precursors is used as the carbon precursor, the optimum ratio is selected depending on the type of polymer precursor.

[3.2.2. カーボン前駆体の重合及び炭化]
次に、重合させたカーボン前駆体をメソ孔内において炭化させる。
カーボン前駆体の炭化は、非酸化雰囲気中(例えば、不活性雰囲気中、真空中など)において、カーボン前駆体を含むメソポーラスシリカを所定温度に加熱することにより行う。加熱温度は、具体的には、500℃以上1200℃以下が好ましい。加熱温度が500℃未満であると、カーボン前駆体の炭化が不十分となる。一方、加熱温度が1200℃を超えると、シリカと炭素が反応するので好ましくない。加熱時間は、加熱温度に応じて、最適な時間を選択する。
[3.2.2. Polymerization and carbonization of carbon precursors]
The polymerized carbon precursor is then carbonized within the mesopores.
The carbon precursor is carbonized by heating the mesoporous silica containing the carbon precursor to a predetermined temperature in a non-oxidizing atmosphere (e.g., in an inert atmosphere, in a vacuum, etc.). Specifically, the heating temperature is preferably 500°C or higher and 1200°C or lower. If the heating temperature is lower than 500°C, the carbon precursor is not sufficiently carbonized. On the other hand, if the heating temperature exceeds 1200°C, silica and carbon react with each other, which is not preferable. The optimal heating time is selected depending on the heating temperature.

なお、メソ孔内に生成させる炭素量は、メソポーラスシリカを除去した時に、カーボン粒子が形状を維持できる量以上であればよい。従って、1回の充填、重合及び炭化で生成する炭素量が相対的に少ない場合には、これらの工程を複数回繰り返すのが好ましい。この場合、繰り返される各工程の条件は、それぞれ、同一であっても良く、あるいは、異なっていても良い。
また、充填、重合及び炭化の各工程を複数回繰り返す場合、各炭化工程は、相対的に低温で炭化処理を行い、最後の炭化処理が終了した後、さらにこれより高い温度で、再度、炭化処理を行っても良い。最後の炭化処理を、それ以前の炭化処理より高い温度で行うと、複数回に分けて細孔内に導入されたカーボンが一体化しやすくなる。
The amount of carbon generated in the mesopores should be equal to or greater than the amount that allows the carbon particles to maintain their shape when the mesoporous silica is removed. Therefore, when the amount of carbon generated in one filling, polymerization, and carbonization is relatively small, it is preferable to repeat these steps multiple times. In this case, the conditions for each repeated step may be the same or different.
Furthermore, when each of the steps of filling, polymerization, and carbonization is repeated multiple times, each carbonization step may be performed at a relatively low temperature, and after the final carbonization step is completed, another carbonization step may be performed at a higher temperature. If the final carbonization step is performed at a higher temperature than the previous carbonization steps, the carbon introduced into the pores in multiple steps is more likely to be integrated.

[3.3. 第1鋳型除去工程]
次に、複合体から第1鋳型であるメソポーラスシリカを除去する(第1鋳型除去工程)。これにより、連珠構造を備えたメソポーラスカーボン(第2鋳型)が得られる。
メソポーラスシリカの除去方法としては、具体的には、
(1) 複合体を水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液中で加熱する方法、
(2) 複合体をフッ化水素酸水溶液でエッチングする方法、
などがある。
[3.3. First mold removal step]
Next, the mesoporous silica serving as the first template is removed from the composite (first template removal step), thereby obtaining mesoporous carbon (second template) having a bead-and-loop structure.
Specific examples of methods for removing mesoporous silica include:
(1) A method of heating the complex in an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide,
(2) Etching the composite with an aqueous solution of hydrofluoric acid;
and so on.

[3.4. 黒鉛化処理工程]
次に、必要に応じて、メソポーラスカーボンを1500℃より高い温度で熱処理する(黒鉛化工程)。メソポーラスシリカのメソ孔内において炭素源を炭化させる場合において、シリカと炭素の反応を抑制するためには、熱処理温度を低くせざるを得ない。そのため、炭化処理後のカーボンの黒鉛化度は低い。高い黒鉛化度を得るためには、第1鋳型を除去した後、メソポーラスカーボンを高温で熱処理するのが好ましい。
[3.4. Graphitization treatment process]
Next, if necessary, the mesoporous carbon is heat-treated at a temperature higher than 1500°C (graphitization step). When carbonizing a carbon source in the mesopores of mesoporous silica, the heat treatment temperature must be low in order to suppress the reaction between silica and carbon. Therefore, the degree of graphitization of the carbon after carbonization is low. In order to obtain a high degree of graphitization, it is preferable to heat-treat the mesoporous carbon at a high temperature after removing the first template.

熱処理温度が低すぎると、黒鉛化が不十分となる。従って、熱処理温度は、1500℃超が好ましい。熱処理温度は、好ましくは、1700℃以上、さらに好ましくは、1800℃以上である。
一方、熱処理温度を必要以上に高くしても、効果に差がなく、実益がない。従って、熱処理温度は、2300℃以下が好ましい。熱処理温度は、好ましくは、2200℃以下である。
If the heat treatment temperature is too low, graphitization becomes insufficient. Therefore, the heat treatment temperature is preferably higher than 1500° C. The heat treatment temperature is preferably 1700° C. or higher, and more preferably 1800° C. or higher.
On the other hand, if the heat treatment temperature is made higher than necessary, there is no difference in the effect and no practical benefit. Therefore, the heat treatment temperature is preferably 2300° C. or less. The heat treatment temperature is preferably 2200° C. or less.

[4. 多孔質半導体粒子の製造方法]
本発明に係る多孔質半導体粒子の製造方法は、
連珠構造を備えたメソポーラスカーボンを準備する第1工程と、
メソポーラスカーボンのメソ孔内に酸化物半導体を析出させ、酸化物/カーボン複合体を得る第2工程と、
酸化物/カーボン複合体からカーボンを除去する第3工程と
を備えている。
[4. Method for producing porous semiconductor particles]
The method for producing porous semiconductor particles according to the present invention comprises the steps of:
A first step of preparing mesoporous carbon having a bead-and-loop structure;
a second step of precipitating an oxide semiconductor in the mesopores of the mesoporous carbon to obtain an oxide/carbon composite;
and a third step of removing the carbon from the oxide/carbon composite.

[4.1. 第1工程]
まず、連珠構造を備えたメソポーラスカーボンを準備する(第1工程)。メソポーラスカーボンの製造方法の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
[4.1. First step]
First, mesoporous carbon having a bead-like structure is prepared (first step). Details of the method for producing mesoporous carbon are as described above, and therefore will not be described here.

[4.2. 第2工程]
次に、メソポーラスカーボンのメソ孔内に酸化物半導体を析出させる(第2工程)。これにより、酸化物/カーボン複合体が得られる。
メソ孔内への酸化物半導体の析出は、具体的には、メソ孔内に酸化物半導体の前駆体を導入し、前駆体を酸化物半導体に変換することにより行う。
[4.2. Second step]
Next, an oxide semiconductor is precipitated in the mesopores of the mesoporous carbon (second step), thereby obtaining an oxide/carbon composite.
Specifically, deposition of an oxide semiconductor in the mesopores is carried out by introducing a precursor of the oxide semiconductor into the mesopores and converting the precursor into the oxide semiconductor.

[4.2.1. 前駆体]
メソ孔内において酸化物半導体を形成するための前駆体としては、具体的には、
(1)酸化物半導体を構成する金属元素を含み、溶媒に可溶であり、かつ溶媒中の溶存酸素により酸化され、析出させることが可能な化合物、
(2)酸化物半導体を構成する金属元素を含み、熱分解あるいは加水分解により金属酸化物を形成することが可能な化合物、
などがある。
4.2.1. Precursors
Specific examples of precursors for forming an oxide semiconductor in the mesopores include:
(1) A compound that contains a metal element constituting an oxide semiconductor, is soluble in a solvent, and can be oxidized by dissolved oxygen in the solvent to be precipitated;
(2) A compound that contains a metal element constituting an oxide semiconductor and is capable of forming a metal oxide by thermal decomposition or hydrolysis;
and so on.

溶存酸素により酸化し、SnO2を析出させることが可能な化合物としては、SnCl2などの2価のSnを含む塩などがある。
熱分解あるいは加水分解によりSnO2を形成することが可能な化合物としては、
(a)SnCl4、SnCl2などの塩化物、
(b)Sn(OC25)2、Sn(OC(CH3)3)4などのアルコキシド、
(c)スズアセチルアセトナート(Sn(CH3COCHCOCH3)2)などのアセチルアセトナート塩、
(d)Sn(CH3COO)2などの酢酸塩
などがある。
Compounds that can be oxidized by dissolved oxygen to precipitate SnO2 include salts containing divalent Sn, such as SnCl2 .
Compounds capable of forming SnO2 by thermal decomposition or hydrolysis include:
(a) Chlorides such as SnCl4 and SnCl2 ;
(b) Alkoxides such as Sn( OC2H5 ) 2 and Sn(OC( CH3 ) 3 ) 4 ;
(c) acetylacetonate salts such as tin acetylacetonate (Sn( CH3COCHCOCH3 ) 2 );
(d) Acetates such as Sn(CH 3 COO) 2 .

ドーパントを含む酸化物半導体を作製する場合、酸化物半導体を形成するための前駆体に加えて、ドーパントを含む前駆体を用いる。ドーパントがSbである場合、Sbを含む前駆体としては、酸化物半導体を形成するための前駆体と同様に、各種の塩(硫酸塩、カルボン酸塩、塩化物、硝酸塩、アセチルアセトナート塩)、あるいは、アルコキシドを用いることができる。 When preparing an oxide semiconductor containing a dopant, a precursor containing the dopant is used in addition to the precursor for forming the oxide semiconductor. When the dopant is Sb, the precursor containing Sb can be various salts (sulfates, carboxylates, chlorides, nitrates, acetylacetonates) or alkoxides, as in the precursor for forming the oxide semiconductor.

[4.2.2. 細孔への前駆体の導入]
前駆体が液体である場合、これをそのままメソポーラスカーボンのメソ孔内に吸着させても良い。あるいは、前駆体を適当な溶媒に溶解させ、この溶液をメソポーラスカーボンのメソ孔内に吸着させても良い。前駆体を溶媒に溶解させる場合、溶媒の種類及び前駆体の濃度は、特に限定されるものではなく、目的に応じて最適なものを選択する。
[4.2.2. Introduction of precursors into pores]
When the precursor is a liquid, it may be adsorbed directly into the mesopores of the mesoporous carbon. Alternatively, the precursor may be dissolved in an appropriate solvent, and the solution may be adsorbed into the mesopores of the mesoporous carbon. When the precursor is dissolved in a solvent, the type of solvent and the concentration of the precursor are not particularly limited, and an optimum solvent and precursor concentration may be selected depending on the purpose.

[4.2.3. 前駆体の酸化物への変換]
前駆体を吸着させた後、前駆体を酸化物に変換する。変換方法は、特に限定されるものではなく、前駆体の種類に応じて最適な方法を選択する。
例えば、前駆体として塩化物を用いる場合、塩化物を溶解させた溶液にメソポーラスカーボンを分散させ、空気中で攪拌する。攪拌を続けると、やがて塩化物がメソポーラスカーボンのメソ孔内に吸着され、メソ孔内の塩化物が溶存酸素により次第に酸化物となる。
4.2.3. Conversion of precursors to oxides
After the precursor is adsorbed, the precursor is converted into an oxide by any method, and an optimal method is selected depending on the type of precursor.
For example, when a chloride is used as a precursor, mesoporous carbon is dispersed in a solution containing dissolved chloride and stirred in air. With continued stirring, the chloride is eventually adsorbed into the mesopores of the mesoporous carbon, and the chloride in the mesopores is gradually converted into an oxide by the dissolved oxygen.

また、例えば、前駆体としてアルコキシドを用いる場合、アルコキシド又はこれを溶解させた溶液をメソポーラスカーボンに添加し、メソ孔内にアルコキシド又はその溶液を含浸させる。これを所定の温度に加熱すると、アルコキシドの重縮合が起こり、メソ孔内に酸化物が生成する。
なお、1回の前駆体の吸着及び酸化物への変換により、メソ孔内に十分な量の酸化物半導体を形成することができないときは、吸着及び変換を複数回繰り返しても良い。
For example, when an alkoxide is used as a precursor, the alkoxide or a solution in which it is dissolved is added to mesoporous carbon to impregnate the mesopores with the alkoxide or its solution. When this is heated to a predetermined temperature, polycondensation of the alkoxide occurs, producing an oxide in the mesopores.
When a sufficient amount of oxide semiconductor cannot be formed in the mesopores by one cycle of adsorption of the precursor and conversion to the oxide, the adsorption and conversion may be repeated several times.

[4.3. 第3工程]
次に、酸化物/カーボン複合体からカーボンを除去する(第3工程)。これにより、本発明に係る多孔質酸化物半導体粒子が得られる。
カーボンの除去方法は、特に限定されるものではなく、種々の方法を用いることができる。カーボンの除去方法としては、例えば、
(1)酸化物/カーボン複合体を酸化雰囲気下で加熱する方法、
(2)複合体を酸素プラズマエッチングする方法、
などがある。
[4.3. Third step]
Next, the carbon is removed from the oxide/carbon composite (third step), thereby obtaining the porous oxide semiconductor particles according to the present invention.
The method for removing carbon is not particularly limited, and various methods can be used. Examples of the carbon removal method include:
(1) A method of heating an oxide/carbon composite in an oxidizing atmosphere;
(2) subjecting the composite to oxygen plasma etching;
and so on.

加熱温度、加熱時間などの除去条件は、少なくとも、酸化物半導体の結晶子を粗大化させることなく、カーボンが完全に除去される条件であれば良い。
また、Sb-SnO2の場合、5価のSb量は、主として、原料中のSn源の量に対するSb源の量の比と、焼成温度(カーボン除去時の処理温度)に依存する。そのため、これらの点を考慮して、最適な除去条件を選択するのが好ましい。
The removal conditions, such as the heating temperature and heating time, may be any conditions that at least completely remove carbon without causing the crystallites of the oxide semiconductor to become coarse.
In the case of Sb- SnO2 , the amount of pentavalent Sb depends mainly on the ratio of the amount of Sb source to the amount of Sn source in the raw material and the firing temperature (treatment temperature during carbon removal). Therefore, it is preferable to select the optimal removal conditions taking these points into consideration.

[5. 作用]
鋳型としてメソ孔を持つカーボン多孔体を用い、鋳型のメソ孔内に酸化物半導体を析出させ、鋳型を除去すると、メソ孔を持つ多孔質酸化物半導体粒子を得ることができる。この時、鋳型としてメソ孔及び連珠構造を備えたカーボン多孔体を用い、かつ、原料及び製造条件を最適化すると、メソ孔及び連珠構造を備え、かつ、5価のアンチモンがドープされた酸化スズからなる多孔質酸化物半導体粒子を得ることができる。
[5. Action]
A porous carbon material having mesopores is used as a template, an oxide semiconductor is precipitated in the mesopores of the template, and the template is then removed to obtain porous oxide semiconductor particles having mesopores. By using a carbon porous body having mesopores and a beaded structure as the porous material and optimizing the raw materials and manufacturing conditions, a porous tin oxide having mesopores and a beaded structure and doped with pentavalent antimony can be obtained. Oxide semiconductor particles can be obtained.

得られた多孔質酸化物半導体粒子は低充填性であるので、これを用いて触媒層を作製すると、触媒層内に適度な空隙を形成することができる。また、高比表面積であるため、その表面に触媒金属微粒子を高分散に担持することができる。また、メソ孔内に触媒金属微粒子を担持させると、触媒層アイオノマによる触媒被毒を抑制することができる。
そのため、このような多孔質酸化物半導体を固体高分子形燃料電池の触媒担体として用いると、担体の酸化腐食による触媒金属微粒子の脱落が抑制され、触媒層内における物質移動が促進され、あるいは、触媒被毒による活性低下が抑制される。
The obtained porous oxide semiconductor particles have low packing properties, so when a catalyst layer is prepared using them, appropriate voids can be formed in the catalyst layer. In addition, because of the high specific surface area, catalytic metal particles can be supported on the surface in a highly dispersed manner. In addition, by supporting catalytic metal particles in the mesopores, catalyst poisoning by the catalytic layer ionomer can be suppressed.
Therefore, when such a porous oxide semiconductor is used as a catalyst support for a solid polymer electrolyte fuel cell, the detachment of catalytic metal particles due to oxidative corrosion of the support is suppressed, mass transfer within the catalyst layer is promoted, and a decrease in activity due to catalyst poisoning is suppressed.

Sb-SnO2は、ドーパントを含まないSnO2、及び、Sb以外のドーパントを含むSnO2よりも高い導電率を示す。また、Sb-SnO2の導電率は、焼成温度や全Sbドープ量(Sbの価数を問わないドープ量)により変化した。しかしながら、Sb-SnO2の導電率と、焼成温度や全Sbドープ量との間には明確な相関は見られなかった。 Sb- SnO2 shows higher electrical conductivity than SnO2 without dopant and SnO2 with dopant other than Sb. The electrical conductivity of Sb- SnO2 changed depending on the firing temperature and the total Sb doping amount (doping amount regardless of Sb valence). However, no clear correlation was found between the electrical conductivity of Sb- SnO2 and the firing temperature or the total Sb doping amount.

これに対し、本願発明者らは、
(a)SnO2にドープされたSbは、3価の状態で存在しているものと、5価の状態で存在するものとがあること、及び、
(b)これらの内、SnO2の導電率向上に寄与しているのは、5価のSbであること
を見出した。
そのため、5価のSbのドープ量を最適化すると、高い導電率が得られる。具体的には、5価のSbのドープ量を2.5at%以上にすると、導電率は、1.0×10-3S/cm以上となる。さらに、5価のSbのドープ量を4.5at%超にすると、導電率は、2.1×10-2超となる。
In response to this, the inventors of the present application
(a) Sb doped in SnO 2 exists in a trivalent state and in a pentavalent state; and
(b) Of these, it was found that pentavalent Sb contributes to improving the electrical conductivity of SnO2 .
Therefore, by optimizing the doping amount of pentavalent Sb, high electrical conductivity can be obtained. Specifically, when the doping amount of pentavalent Sb is 2.5 at% or more, the electrical conductivity becomes 1.0×10 −3 S/cm or more. Furthermore, when the doping amount of pentavalent Sb is more than 4.5 at%, the electrical conductivity becomes more than 2.1×10 −2 .

(実施例1~5)
[1. 試料の作製]
図1に、連珠状メソポーラスSb-SnO2粒子の製造方法の模式図を示す。図1に示す手順に従い、連珠状メソポーラスSb-SnO2を作製した。
(Examples 1 to 5)
1. Preparation of Samples
A schematic diagram of the method for producing beaded mesoporous Sb- SnO2 particles is shown in Figure 1. Beaded mesoporous Sb- SnO2 particles were produced according to the procedure shown in Figure 1.

[1.1. 連珠状スターバーストシリカの作製]
メタノール(MeOH):4.6g、及びエチレングリコール(EG):4.6gの混合溶媒に、30mass%塩化セチルトリメチルアンモニウム水溶液:56.3gを加え、室温で攪拌した。これに1M NaOH:8.8gを加え、50℃に加温した。以下、これを「第1溶液」という。
次に、MeOH:6.5g、及びEG:6.5gの混合溶媒にテトラエトキシシラン(TEOS):12.3gを溶解させた。以下、これを「第2溶液」という。
[1.1. Preparation of beaded starburst silica]
56.3 g of 30 mass% aqueous cetyltrimethylammonium chloride solution was added to a mixed solvent of 4.6 g of methanol (MeOH) and 4.6 g of ethylene glycol (EG), and the mixture was stirred at room temperature. 8.8 g of 1 M NaOH was added thereto, and the mixture was heated to 50° C. Hereinafter, this is referred to as the “first solution.”
Next, 12.3 g of tetraethoxysilane (TEOS) was dissolved in a mixed solvent of 6.5 g of MeOH and 6.5 g of EG. This solution is hereinafter referred to as a "second solution."

50℃に加温された第1溶液に第2溶液を加えた。混合液が白濁した後、加温を停止し、さらに4時間以上攪拌した。ろ過と精製水への再分散とを2回繰り返した後、45℃で乾燥させた。さらに、乾燥粉を大気中、550℃×6h焼成し、放射状細孔を備えた連珠状メソポーラスシリカ(以下、これを「連珠状スターバーストシリカ(Connected Starburst Silica)(CSS)」ともいう)を得た。 The second solution was added to the first solution heated to 50°C. After the mixture became cloudy, heating was stopped and the mixture was stirred for an additional 4 hours or more. Filtration and redispersion in purified water were repeated twice, and then the mixture was dried at 45°C. The dried powder was then calcined in air at 550°C for 6 hours to obtain connected starburst mesoporous silica with radial pores (hereinafter, also referred to as "connected starburst silica (CSS)").

[1.2. 連珠状スターバーストカーボンの作製]
PFA製容器にCSS:0.5gを入れ、フルフリルアルコール(FA)をCSSの細孔容量分だけ加えて、CSSの細孔内に浸透させた。これを150℃×24h熱処理することにより、FAを重合させた。さらに、これを窒素雰囲気中で500℃×6h熱処理し、FAの炭化を進めた。これを2回繰り返した後、さらに窒素雰囲気中で900℃×6h熱処理して、CSS/カーボン複合体を得た。
[1.2. Preparation of bead-like starburst carbon]
0.5 g of CSS was placed in a PFA container, and furfuryl alcohol (FA) was added in an amount equal to the pore volume of the CSS, allowing it to penetrate into the pores of the CSS. This was heat-treated at 150°C for 24 hours to polymerize the FA. This was then heat-treated in a nitrogen atmosphere at 500°C for 6 hours to promote carbonization of the FA. This was repeated twice, and then further heat-treated in a nitrogen atmosphere at 900°C for 6 hours to obtain a CSS/carbon composite.

この複合体を12%HF溶液に4h浸漬し、シリカ成分を溶解した。溶解後、ろ過、洗浄を繰り返し、さらに45℃で乾燥して、放射状細孔を備えた連珠状メソポーラスカーボン(以下、これを「連珠状スターバーストカーボン放射状細孔(Connected Starburst Carbon)(CSC)」ともいう)を得た。得られた多孔体は、BET比表面積:2122m2/g、細孔容量:1.3mL/g、細孔径:2.2nmであった。 This composite was immersed in a 12% HF solution for 4 hours to dissolve the silica component. After dissolution, it was repeatedly filtered and washed, and then dried at 45°C to obtain a connected starburst carbon with radial pores (hereinafter, this is also referred to as "connected starburst carbon (CSC)"). The obtained porous body had a BET specific surface area of 2122 m2 /g, a pore volume of 1.3 mL/g, and a pore diameter of 2.2 nm.

[1.3. 連珠状メソポーラスSb-SnO2の作製]
[1.3.1. 実施例1]
濃塩酸(35mass%):4mLにSbCl3:0.03gを溶解し、精製水:36mLを加えて希釈した。これに、SnCl2:5.0gをさらに加えて溶解させた。この溶液にCSC:0.1gを加えて分散させた。この分散液を空気中、室温で2h攪拌した。その後、精製水:200mLを追加して、さらに空気中、室温で4h攪拌した。続いて、ろ過と精製水への再分散とを2回繰り返した後、45℃で乾燥させ、連珠状Sb-SnO2/カーボン複合体を得た。
この連珠状Sb-SnO2/カーボン複合体を空気雰囲気中、300℃×24h処理し、連珠状メソポーラスSb-SnO2を得た。
[1.3. Preparation of bead-like mesoporous Sb- SnO2 ]
[1.3.1. Example 1]
0.03 g of SbCl 3 was dissolved in 4 mL of concentrated hydrochloric acid (35 mass%), and 36 mL of purified water was added to dilute the solution. 5.0 g of SnCl 2 was further added and dissolved. 0.1 g of CSC was added to this solution and dispersed. This dispersion was stirred in air at room temperature for 2 hours. Then, 200 mL of purified water was added, and the mixture was further stirred in air at room temperature for 4 hours. Filtration and redispersion in purified water were repeated twice, and the mixture was dried at 45°C to obtain a beaded Sb-SnO 2 /carbon composite.
This beaded Sb--SnO 2 /carbon composite was treated in an air atmosphere at 300° C. for 24 hours to obtain beaded mesoporous Sb--SnO 2 .

[1.3.2. 実施例2]
濃塩酸(35mass%):4mLにSbCl3:0.12gを溶解し、精製水:36mLを加えて希釈した。これに、SnCl2:5.0gをさらに加えて溶解させた。この溶液にCSC:0.1gを加えて分散させた。この分散液を空気中、室温で2h攪拌した。その後、精製水:200mLを追加して、さらに空気中、室温で4h攪拌した。続いて、ろ過と精製水への再分散とを2回繰り返した後、45℃で乾燥させ、連珠状Sb-SnO2/カーボン複合体を得た。
この連珠状Sb-SnO2/カーボン複合体を空気雰囲気中、320℃×24h処理し、連珠状メソポーラスSb-SnO2を得た。
1.3.2. Example 2
0.12 g of SbCl 3 was dissolved in 4 mL of concentrated hydrochloric acid (35 mass%), and 36 mL of purified water was added to dilute the solution. 5.0 g of SnCl 2 was further added and dissolved. 0.1 g of CSC was added to this solution and dispersed. This dispersion was stirred in air at room temperature for 2 hours. Then, 200 mL of purified water was added, and the mixture was further stirred in air at room temperature for 4 hours. Filtration and redispersion in purified water were repeated twice, and the mixture was dried at 45°C to obtain a beaded Sb-SnO 2 /carbon composite.
This beaded Sb--SnO 2 /carbon composite was treated in an air atmosphere at 320° C. for 24 hours to obtain beaded mesoporous Sb--SnO 2 .

[1.3.3. 実施例3]
濃塩酸(35mass%):4mLにSbCl3:0.12gを溶解し、精製水:36mLを加えて希釈した。これに、SnCl2:5.0gをさらに加えて溶解させた。この溶液にCSC:0.1gを加えて分散させた。この分散液を空気中、室温で2h攪拌した。その後、精製水:200mLを追加して、さらに空気中、室温で4h攪拌した。続いて、ろ過と精製水への再分散とを2回繰り返した後、45℃で乾燥させ、連珠状Sb-SnO2/カーボン複合体を得た。
この連珠状Sb-SnO2/カーボン複合体を空気雰囲気中、320℃×24h処理し、さらに空気雰囲気中、500℃×3h処理し、連珠状メソポーラスSb-SnO2を得た。
Example 3
0.12 g of SbCl 3 was dissolved in 4 mL of concentrated hydrochloric acid (35 mass%), and 36 mL of purified water was added to dilute the solution. 5.0 g of SnCl 2 was further added and dissolved. 0.1 g of CSC was added to this solution and dispersed. This dispersion was stirred in air at room temperature for 2 hours. Then, 200 mL of purified water was added, and the mixture was further stirred in air at room temperature for 4 hours. Filtration and redispersion in purified water were repeated twice, and the mixture was dried at 45°C to obtain a beaded Sb-SnO 2 /carbon composite.
This beaded Sb--SnO 2 /carbon composite was treated in an air atmosphere at 320° C. for 24 hours, and further treated in an air atmosphere at 500° C. for 3 hours to obtain beaded mesoporous Sb--SnO 2 .

[1.3.4. 実施例4]
濃塩酸(35mass%):4mLにSbCl3:0.18gを溶解し、精製水:36mLを加えて希釈した。これに、SnCl2:5.0gをさらに加えて溶解させた。この溶液にCSC:0.1gを加えて分散させた。この分散液を空気中、室温で2h攪拌した。その後、精製水:200mLを追加して、さらに空気中、室温で4h攪拌した。続いて、ろ過と精製水への再分散とを2回繰り返した後、45℃で乾燥させ、連珠状Sb-SnO2/カーボン複合体を得た。
この連珠状Sb-SnO2/カーボン複合体を空気雰囲気中、320℃×24h処理し、さらに空気雰囲気中、500℃×3h処理し、連珠状メソポーラスSb-SnO2を得た。
1.3.4. Example 4
0.18 g of SbCl 3 was dissolved in 4 mL of concentrated hydrochloric acid (35 mass%), and 36 mL of purified water was added to dilute the solution. 5.0 g of SnCl 2 was further added and dissolved. 0.1 g of CSC was added to this solution and dispersed. This dispersion was stirred in air at room temperature for 2 hours. Then, 200 mL of purified water was added, and the mixture was stirred in air at room temperature for another 4 hours. Filtration and redispersion in purified water were repeated twice, and the mixture was dried at 45°C to obtain a beaded Sb-SnO 2 /carbon composite.
This beaded Sb--SnO 2 /carbon composite was treated in an air atmosphere at 320° C. for 24 hours, and further treated in an air atmosphere at 500° C. for 3 hours to obtain beaded mesoporous Sb--SnO 2 .

[1.3.5. 実施例5]
濃塩酸(35mass%):4mLにSbCl3:0.18gを溶解し、精製水:36mLを加えて希釈した。これに、SnCl2:5.0gをさらに加えて溶解させた。この溶液にCSC:0.1gを加えて分散させた。この分散液を空気中、室温で2h攪拌した。その後、精製水:200mLを追加して、さらに空気中、室温で4h攪拌した。続いて、ろ過と精製水への再分散とを2回繰り返した後、45℃で乾燥させ、連珠状Sb-SnO2/カーボン複合体を得た。
この連珠状Sb-SnO2/カーボン複合体を空気雰囲気中、320℃×24h処理し、さらに空気雰囲気中、700℃×3h処理し、連珠状メソポーラスSb-SnO2を得た。
1.3.5. Example 5
0.18 g of SbCl 3 was dissolved in 4 mL of concentrated hydrochloric acid (35 mass%), and 36 mL of purified water was added to dilute the solution. 5.0 g of SnCl 2 was further added and dissolved. 0.1 g of CSC was added to this solution and dispersed. This dispersion was stirred in air at room temperature for 2 hours. Then, 200 mL of purified water was added, and the mixture was stirred in air at room temperature for another 4 hours. Filtration and redispersion in purified water were repeated twice, and the mixture was dried at 45°C to obtain a beaded Sb-SnO 2 /carbon composite.
This beaded Sb--SnO 2 /carbon composite was treated in an air atmosphere at 320° C. for 24 hours, and further treated in an air atmosphere at 700° C. for 3 hours to obtain beaded mesoporous Sb--SnO 2 .

[2. 試験方法]
[2.1. XAFS測定]
連珠状メソポーラスSb-SnO2のXAFS測定を行った。XAFS測定に際しては、試料粉末を窒化ホウ素粉末で希釈したうえでペレット化した。測定で得られたSbのK吸収端XANESスペクトルを波形分離することで、連珠状メソポーラスSb-SnO2に含まれる3価のSbと5価のSbの和に対する5価のSbの割合を求めた。
この割合と、ICP分析から求めた連珠状メソポーラスSb-SnO2に含まれるアンチモン全量とを掛け合わせることにより、連珠状メソポーラスSb-SnO2に含まれる5価のアンチモン量(濃度)を算出した。
なお、波形解析には、SPring-8 BENTENデータベースの公開データにあるSb25及びSb23の標準スペクトルを用いた。
2. Test Method
[2.1. XAFS Measurement]
XAFS measurement of the beaded mesoporous Sb- SnO2 was carried out. For the XAFS measurement, the sample powder was diluted with boron nitride powder and pelletized. The K-edge XANES spectrum of Sb obtained by the measurement was subjected to waveform separation to determine the ratio of pentavalent Sb to the sum of trivalent Sb and pentavalent Sb contained in the beaded mesoporous Sb- SnO2 .
The amount (concentration) of pentavalent antimony contained in the beaded mesoporous Sb—SnO 2 was calculated by multiplying this ratio by the total amount of antimony contained in the beaded mesoporous Sb—SnO 2 determined by ICP analysis.
For the waveform analysis, standard spectra of Sb 2 O 5 and Sb 2 O 3 in the publicly available data of the SPring-8 BENTEN database were used.

[2.2. N2吸着測定]
得られた粒子の窒素吸着等温線を測定した。得られた窒素吸着等温線から、BJH法により細孔径分布を求め、モード細孔径(細孔径の最頻値)をその試料の細孔径とした。また、吸着等温線から細孔容量、及びBET比表面積を求めた。
[2.2. N2 adsorption measurement]
The nitrogen adsorption isotherm of the obtained particles was measured. From the obtained nitrogen adsorption isotherm, the pore size distribution was obtained by the BJH method, and the mode pore size (the most frequent value of the pore size) was taken as the pore size of the sample. In addition, the pore volume and BET specific surface area were determined from the adsorption isotherm.

[2.3. 導電率]
試料粉末の圧粉体を作製し、これに2.4MPaの圧力をかけた状態で一定の電流を流し、そのときの電圧を測定することにより、導電率を得た。
[2.3. conductivity]
A compact of the sample powder was prepared, and a constant current was passed through it while applying a pressure of 2.4 MPa, and the voltage at that time was measured to obtain the electrical conductivity.

[2.4. ICP分析]
連珠状メソポーラスSb-SnO2をアルカリ融解により溶液化した。これを検液として、ICP発光分光分析装置(ICP-OES)により連珠状メソポーラスSb-SnO2に含まれるアンチモン量を定量した。
[2.4. ICP analysis
The beaded mesoporous Sb- SnO2 was dissolved in an alkali, and the amount of antimony contained in the beaded mesoporous Sb- SnO2 was quantified using an inductively coupled plasma optical emission spectrometer (ICP-OES).

[3. 結果]
[3.1. XAFS測定]
図2~図6に、それぞれ、実施例1~5で得られた連珠状メソポーラスSb-SnO2粒子のSbのK吸収端XANESスペクトルとフィッティングによる波形分離を示す。なお、図2~図6には、フィッティングによりスペクトルの波形分離を行った結果も併せて示してある。実施例1については、5価のSb(Sb2O5)のみが存在していた。一方、実施例2~5については、3価のSb(Sb2O3)と5価のSbとが存在することが分かった。表1に、波形分離の結果から求めた3価のSbと5価のSbの割合を示す。
[3. result]
[3.1. XAFS Measurement]
2 to 6 show the Sb K-edge XANES spectra of the bead-like mesoporous Sb- SnO2 particles obtained in Examples 1 to 5, respectively, and waveform separation by fitting. The results of spectrum waveform separation by fitting are also shown. In Example 1, only pentavalent Sb (Sb2O5) was present. On the other hand, in Examples 2 to 5, It was found that trivalent Sb (Sb2O3) and pentavalent Sb were present. Table 1 shows the ratio of trivalent Sb to pentavalent Sb determined from the results of waveform separation.

Figure 2024053489000002
Figure 2024053489000002

[3.2. N2吸着測定、導電率、ICP分析]
表2に、連珠状メソポーラスSb-SnO2のSb濃度(ICP分析から求めたもの)、5価のSbの濃度(XAFS測定とICP分析とから求めたもの)、導電率、BET比表面積、細孔径、及び、細孔容量を示す。図7に、連珠状メソポーラスSb-SnO2粒子の5価Sbの濃度と導電率との関係を示す。
[3.2. N2 adsorption measurement, conductivity, ICP analysis]
Table 2 shows the Sb concentration (obtained by ICP analysis) of the bead-like mesoporous Sb- SnO2 , the pentavalent Sb concentration (obtained by XAFS measurement and ICP analysis), the electrical conductivity, the BET specific surface area, and the fineness. The pore size and pore volume are shown in Fig. 7. The relationship between the pentavalent Sb concentration and the electrical conductivity of the beaded mesoporous Sb- SnO2 particles is shown in Fig. 7.

5価のSbの濃度と導電率との間に明確な相関が見られた。図7より、5価のSb濃度が高くなるほど、導電率が高くなることが分かる。このことから、ICP分析とXAFS測定とから求めた5価のSbの濃度が、連珠状メソポーラスSb-SnO2の導電率の良い指標であることがわかる。また、5価のSbの濃度を6.7at%(実施例5)にすると、5価のSbの濃度が4.5at%(実施例3)である場合に比べて、導電率が約3倍に向上することが分かった。 A clear correlation was observed between the concentration of pentavalent Sb and the electrical conductivity. From FIG. 7, it can be seen that the higher the concentration of pentavalent Sb, the higher the electrical conductivity. From this, it can be seen that the concentration of pentavalent Sb obtained by ICP analysis and XAFS measurement is a good indicator of the electrical conductivity of the bead-like mesoporous Sb-SnO 2. In addition, it was found that when the concentration of pentavalent Sb was 6.7 at% (Example 5), the electrical conductivity was improved by about three times compared to when the concentration of pentavalent Sb was 4.5 at% (Example 3).

Figure 2024053489000003
Figure 2024053489000003

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

本発明に係る多孔質酸化物半導体粒子は、固体高分子形燃料電池の空気極触媒層の触媒担体、あるいは、燃料極触媒層の触媒担体として用いることができる。 The porous oxide semiconductor particles according to the present invention can be used as a catalyst support for the air electrode catalyst layer of a polymer electrolyte fuel cell, or as a catalyst support for the fuel electrode catalyst layer.

Claims (10)

5価のアンチモンがドープされた酸化スズからなる結晶子の集合体からなる多孔質の一次粒子が連結した連珠構造を備え、
前記5価のアンチモンのドープ量が2.5at%以上である
多孔質酸化物半導体粒子。
ここで、「5価のアンチモンのドープ量」とは、XAFS測定とICP分析から得られる値であって、前記多孔質酸化物半導体粒子に含まれるスズ及びアンチモンの総原子数に対する前記5価のアンチモンの原子数の割合をいう。
The porous primary particles are composed of an aggregate of crystallites of tin oxide doped with pentavalent antimony, and have a bead-linked structure.
The porous oxide semiconductor particles are doped with pentavalent antimony in an amount of 2.5 at % or more.
Here, the "doping amount of pentavalent antimony" is a value obtained by XAFS measurement and ICP analysis, and refers to the ratio of the number of pentavalent antimony atoms to the total number of tin and antimony atoms contained in the porous oxide semiconductor particles.
比表面積が60m2/g以上である請求項1に記載の多孔質酸化物半導体粒子。 2. The porous semiconductor oxide particles according to claim 1, which have a specific surface area of 60 m 2 /g or more. 前記5価のアンチモンのドープ量が4.5at%超である請求項1に記載の多孔質酸化物半導体粒子。 The porous oxide semiconductor particles according to claim 1, in which the doping amount of the pentavalent antimony is greater than 4.5 at%. 細孔径が1nm以上20nm以下である請求項1に記載の多孔質酸化物半導体粒子。 The porous oxide semiconductor particles according to claim 1, wherein the pore diameter is 1 nm or more and 20 nm or less. 圧粉体の導電率が1.0×10-3S/cm以上である請求項1に記載の多孔質酸化物半導体粒子。 2. The porous semiconductor oxide particles according to claim 1, wherein the electrical conductivity of the green compact is 1.0×10 −3 S/cm or more. 平均一次粒子径が0.05μm以上2μm以下である請求項1に記載の多孔質酸化物半導体粒子。 The porous oxide semiconductor particles according to claim 1, having an average primary particle diameter of 0.05 μm or more and 2 μm or less. 細孔容量が0.1mL/g以上である請求項1に記載の多孔質酸化物半導体粒子。 The porous oxide semiconductor particles according to claim 1, having a pore volume of 0.1 mL/g or more. 平均結晶子径が2nm以上40nm以下である請求項1に記載の多孔質酸化物半導体粒子。 The porous oxide semiconductor particles according to claim 1, having an average crystallite size of 2 nm or more and 40 nm or less. タップ密度が0.005g/cm3以上1.0g/cm3以下である請求項1に記載の多孔質酸化物半導体粒子。 2. The porous semiconductor oxide particle according to claim 1, having a tap density of 0.005 g/cm <3> or more and 1.0 g/cm <3> or less. 固体高分子形燃料電池の触媒担体として用いられる請求項1に記載の多孔質酸化物半導体粒子。 The porous oxide semiconductor particles according to claim 1, which are used as a catalyst support for a polymer electrolyte fuel cell.
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