JP2007054742A - 水素発生触媒、水素発生電極及びこれらの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 安価で、かつ、白金を上回る高活性の水素発生触媒を提供する。
【解決手段】 本発明の水素発生触媒は、酸化タングステンからなる。過酸化タングステン酸水溶液から酸化タングステンを電析させることによって製造する。本発明の水素発生電極は、酸化タングステン膜で被覆された電極基材からなる。過酸化タングステン酸水溶液に電極基材を浸漬し、電極基材の表面に酸化タングステンを電析させて電極基材を酸化タングステン膜で被覆することで製造する。白金よりもはるかに安価で、かつ、白金を大きく上回る高活性の水素発生触媒、水素発生電極を提供することができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、水素発生触媒、水素発生電極及びこれらの製造方法に関する。
水素は化石燃料に代わるクリーンなエネルギー源として、今後の主要なエネルギーになるものとして注目を集めており、水素の生成に関する研究は近年数多く報告されている。水素の製造方法としては、水の熱分解や化石燃料から取り出す方法などが知られているが、これらの方法と比較して水素の製造装置がコンパクトにでき、製造コストも安いなどの理由から、水の電解により製造する方法が最も有利であると考えられる。
ところで、水の電解により効率よく水素を製造するためには、水素発生触媒として高活性かつ安定なプロトン還元触媒を用いて電解用の電極を構成することが重要である。そして、従来の代表的な高活性かつ安定なプロトン還元触媒としては白金が知られている。しかし、白金は高価であり、このため、製造コストも高くなってしまう問題があった。
また、白金のほかにも、ニッケル，ニッケル−モリブデン，ニッケル−アルミニウム，ニッケル−亜鉛，ニッケル−コバルト−亜鉛，硫化ニッケル，窒化チタンなどの種々のプロトン還元触媒が知られている。しかし、これらの触媒活性は白金と比較して大差なく、白金を上回る高活性の触媒の開発が強く望まれていた。
特開２００１−２８６７４９号公報
そこで本発明は上記問題点に鑑み、安価で、かつ、白金を上回る高活性の水素発生触媒を提供することをその目的とする。
本発明の請求項１記載の水素発生触媒は、酸化タングステンからなることを特徴とする。
本発明の請求項２記載の水素発生触媒の製造方法は、過酸化タングステン酸水溶液から酸化タングステンを電析させることを特徴とする。
本発明の請求項３記載の水素発生電極は、酸化タングステン膜で被覆された電極基材からなることを特徴とする。
本発明の請求項４記載の水素発生電極の製造方法は、過酸化タングステン酸水溶液に電極基材を浸漬し、この電極基材の表面に酸化タングステンを電析させて前記電極基材を酸化タングステン膜で被覆することを特徴とする。
本発明によれば、白金よりもはるかに安価で、かつ、白金を大きく上回る高活性の水素発生触媒、水素発生電極を提供することができる。
本発明の水素発生触媒は、酸化タングステン（ＷＯ3）からなり、この酸化タングステンは、過酸化タングステン酸水溶液から酸化タングステンを電析させることによって得ることができる。
酸化タングステンを電析させる方法としては、例えば、まず、タングステン粉末を過酸化水素で溶解し、白金黒などを用いて過剰な過酸化水素を分解し、水、アルコールなどを加えて過酸化タングステン酸水溶液を調製する。そして、この過酸化タングステン酸水溶液から酸化タングステンを電析させる。
また、本発明の水素発生電極は、酸化タングステン膜で被覆された電極基材からなる。なお、電極基材としては、グラファイト電極などの炭素電極、ガラス電極、金属電極など種々の電極基材を用いることができる。そして、電極基材の表面に酸化タングステンを電析させて電極基材を酸化タングステン膜で被覆すれば、本発明の水素発生電極を得ることができる。
電極基材に酸化タングステンを電析させるためには、例えば、過酸化タングステン酸水溶液を電解セルに入れ、この過酸化タングステン酸水溶液に電極基材を浸漬し、電極基材に負の電位を印加すればよい。
酸化タングステンは白金よりもはるかに安価であるにもかかわらず、白金黒を大きく上回る水素発生触媒としての活性を有する。
したがって、本発明の水素発生触媒、水素発生電極及びこれらの製造方法によれば、白金よりもはるかに安価で、かつ、白金を大きく上回る高活性の水素発生触媒、水素発生電極を提供することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。
以下、より具体的に、本発明の水素発生触媒、水素発生電極及びこれらの製造方法について説明する。
タングステン粉末０．４６ｇに３０％過酸化水素５〜１０ｍｌを滴下し、タングステン粉末を溶解した。そして、白金黒を用いて過剰な過酸化水素を分解させた。つぎに、エタノール７．５ｍｌを加え、蒸留水で２５ｍｌにメスアップして過酸化タングステン酸水溶液を調製した。
この過酸化タングステン酸水溶液を電解セルに入れ、作用極にグラファイト電極又は透明ガラス電極、対極に白金線、参照電極にＡｇ／ＡｇＣｌを用いて、−０．４５Ｖ ｖｓ Ａｇ／ＡｇＣｌの定電位条件で酸化タングステン（ＷＯ3）膜を作用電極上に析出させ、作用電極を酸化タングステン膜で修飾した。このときの酸化タングステン膜の被覆量は１．０×１０-8ｍｏｌであった。
実施例１でグラファイト電極を修飾した酸化タングステン膜の硝酸水溶液（ｐＨ＝０）中におけるサイクリックボルタモグラム（ＣＶ）を図１（Ａ）に示す。−０．４Ｖ以下でプロトン還元によるカソード電流の大きな立ち上がりが見られた。このときの掃引速度は５０ｍＶｓ-1であった。
同様の条件で酸化タングステン膜が修飾されていないグラファイト電極のサイクリックボルタモグラムを（Ｂ）、酸化タングステン膜の代わりに１．１×１０-8ｍｏｌの白金黒で被覆されたグラファイト電極のサイクリックボルタモグラムを（Ｃ）に示す。酸化タングステン膜被覆グラファイト電極（Ａ）は、グラファイト電極（Ｂ）と比較すると、０．９Ｖにおける電流値は約２００倍であり、高活性で知られている白金黒被覆グラファイト電極（Ｃ）と比較しても４倍以上であった。
この結果より、酸化タングステン膜被覆グラファイト電極が極めて高い活性を示すことが確認された。
実施例１で作成した酸化タングステン膜被覆グラファイト電極を用いて、−０．８５Ｖ ｖｓ Ａｇ／ＡｇＣｌで定電位電解を行ったところ、３０分で４５．５μｍｏｌの水素が発生した。このときのターンオーバー速度は３０分で４５５０回に達した。
このように、酸化タングステン膜は、非常に高い活性を有する水素発生電極として作用することが確認された。
酸化タングステン膜被覆グラファイト電極（Ａ）、グラファイト電極（Ｂ）、白金黒被覆グラファイト電極（Ｃ）のサイクリックボルタモグラムである。

Claims (4)

  1. 酸化タングステンからなることを特徴とする水素発生触媒。
  2. 過酸化タングステン酸水溶液から酸化タングステンを電析させることを特徴とする水素発生触媒の製造方法。
  3. 酸化タングステン膜で被覆された電極基材からなることを特徴とする水素発生電極。
  4. 過酸化タングステン酸水溶液に電極基材を浸漬し、この電極基材の表面に酸化タングステンを電析させて前記電極基材を酸化タングステン膜で被覆することを特徴とする水素発生電極の製造方法。

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