JP2010144206A - Method for generating hydrogen and hydrogen generator - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel method for generating hydrogen, which can control the amount of hydrogen to be generated, the rate of hydrogen generation and the like, while using a hydride as a raw material and using an apparatus having a relatively simple structure, and to provide a hydrogen generator which can be used for the method. <P>SOLUTION: The method for generating hydrogen is directed for causing an anode reaction including an electrochemical oxidation reaction of the hydride and a cathode reaction including a hydrogen generation reaction due to the reduction of protons in an electrolyte containing the hydride and a hydroxide, and includes using ruthenium oxide as a catalyst for the cathode. The hydrogen generator has an electrolytic tank in which the electrochemical oxidation reaction of the hydride and the electrochemical reduction reaction of the proton are caused, and the anode and the cathode which are inserted in the electrolytic tank; and includes using ruthenium oxide as the catalyst for the cathode. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素発生方法及び水素発生装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen generation method and a hydrogen generation apparatus.

近年、環境問題やエネルギー問題から、新しいエネルギー源として水素が有望視されている。例えば水素を直接燃料として用いる水素自動車や水素を用いる燃料電池などの開発が進められている。燃料電池は小型でも高い発電効率を有しており、騒音や振動も発生せず、廃熱を利用することができるなどの優れた利点を有している。   In recent years, hydrogen has been considered promising as a new energy source due to environmental problems and energy problems. For example, the development of hydrogen automobiles that use hydrogen directly as fuel and fuel cells that use hydrogen are being developed. The fuel cell has excellent advantages such as small size, high power generation efficiency, no generation of noise and vibration, and use of waste heat.

水素をエネルギー源として利用するに当っては、燃料となる水素を安全にかつ安定的に供給することが必要であり、圧縮水素、液体水素として直接供給する方法、水素吸蔵合金などの水素吸蔵材料を利用して水素を貯蔵、供給する方法、メタノールや炭化水素を水蒸気改質して水素を供給する方法など、種々の方法が提案されている。   When hydrogen is used as an energy source, it is necessary to supply hydrogen as a fuel safely and stably. A method for supplying hydrogen directly as compressed hydrogen or liquid hydrogen, or a hydrogen storage material such as a hydrogen storage alloy. Various methods have been proposed, such as a method for storing and supplying hydrogen by using hydrogen and a method for supplying hydrogen by steam reforming methanol or hydrocarbon.

しかしながら、これらの方法は、工場規模での生産や実験室で用いる程度の量の水素発生には利用可能であるが、所要量の水素燃料を継続的に供給でき、しかも小型化が要求される、自動車搭載用燃料電池;携帯電話用、パーソナルコンピュータ用等のポータブル燃料電池等の水素供給方法としては適切ではない。   However, these methods can be used for production on a factory scale or generation of hydrogen to the extent that they can be used in laboratories, but the required amount of hydrogen fuel can be continuously supplied, and downsizing is required. It is not suitable as a hydrogen supply method for automobile-mounted fuel cells; portable fuel cells for mobile phones, personal computers, and the like.

一方、LiAlH4、NaBH4など各種の金属水素化合物を水素発生材料として使用することも
試みられている。特に、現在の多くのポータブル水素発生器では、白金担持カーボン等の金属状態の貴金属を含む触媒を水素化物に加えることによって、水素を発生させる方法が採用されている。しかしながら、金属状態の貴金属からなる触媒を用いる方法では、水溶液中において、水素化物の自己分解反応が進行するために、水素発生量、水素発生速度などの制御が困難である。また、貴金属をバルク金属状態で用いるために貴金属使用量が多いという問題点もある(下記非特許文献1参照)。
On the other hand, attempts have been made to use various metal hydrogen compounds such as LiAlH 4 and NaBH 4 as a hydrogen generating material. In particular, many current portable hydrogen generators employ a method of generating hydrogen by adding a catalyst containing a noble metal in a metallic state such as platinum-supported carbon to a hydride. However, in a method using a catalyst composed of a noble metal in a metal state, since the hydride self-decomposition reaction proceeds in an aqueous solution, it is difficult to control the hydrogen generation amount, the hydrogen generation rate, and the like. There is also a problem that the amount of noble metal used is large because noble metal is used in a bulk metal state (see Non-Patent Document 1 below).

また、標準酸化還元電位が0以下の燃料を分解するアノードと、前記アノードに対向配置され、水素を発生させるカソードと、前記アノードと前記カソードとの間に配置された電解質膜とを備えた水素発生装置も報告されている(下記特許文献1参照)。この文献には、燃料としてはヒドラジン(NHNH)、加水ヒドラジン(NHNH・HO)などのヒドラジン類、アンモニア(NH3)、ギ酸(HCOOH)等が記載されているが、これらの燃料は引火点が低く取り扱いに注意を要する。また、アノード側での副反応でアンモニアや一酸化炭素が発生し、これら副生成物には電極表面に吸着することでアノード側での電極反応を阻害するという問題がある。さらに、上記燃料は電解質膜中をクロスオーバーするので、カソードにて燃料が酸化して水素発生量を低下させるだけでなく、発生する水素ガスにアンモニアや一酸化炭素・二酸化炭素等の不純物が混在するという問題点がある。
Fuel Process. Technol. 87 (2006) 811-819 特開2005−71645号公報
Further, a hydrogen comprising an anode for decomposing a fuel having a standard oxidation-reduction potential of 0 or less, a cathode disposed opposite to the anode and generating hydrogen, and an electrolyte membrane disposed between the anode and the cathode A generator is also reported (see Patent Document 1 below). In this document, hydrazines such as hydrazine (NH 2 NH 2 ) and hydrazine (NH 2 NH 2 .H 2 O), ammonia (NH 3 ), formic acid (HCOOH) and the like are described as fuels. These fuels have a low flash point and require careful handling. In addition, ammonia and carbon monoxide are generated by a side reaction on the anode side, and these by-products have a problem that the electrode reaction on the anode side is inhibited by adsorbing to the electrode surface. Furthermore, since the fuel crosses over the electrolyte membrane, not only does the fuel oxidize at the cathode to reduce the amount of hydrogen generated, but also impurities such as ammonia, carbon monoxide and carbon dioxide are mixed in the generated hydrogen gas. There is a problem of doing.
Fuel Process. Technol. 87 (2006) 811-819 JP 2005-71645 A

本発明は上記した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、水素化物を原料として利用し、比較的簡単な構造の装置を用いて、水素発生量、水素発生速度などを制御できる新規な水素発生方法、及びこの方法に使用できる水素発生装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the current state of the prior art described above, and its main purpose is to use a hydride as a raw material, and use a device with a relatively simple structure to generate a hydrogen generation amount and a hydrogen generation rate. A novel hydrogen generation method capable of controlling the above, and a hydrogen generation apparatus that can be used in this method.

本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、ルテニウム酸化物がプロトンの電気化学的還元反応に対して高い活性を有し、且つ水素化物の化学的酸化反応に対する活性が非常に低いという従来知られていない新しい特性を見出した。そして、水素化物の電気化学的酸化反応を利用する水素発生方法において、水素化物の電気化学的酸化反応に対する触媒活性を有する物質をアノード極用触媒として用い、ルテニウム酸化物をカソード極用触媒として用いる場合には、カソード極において水素化物の自然分解を殆ど進行させることがないために、アノード極側の電解液とカソード極側の電解液を区別することなく、水素化物と水酸化物を含む溶液を共通の電解液として用いて、水素発生反応を制御良く進行させることが可能となることを見出した。この方法によれば、アノード極側の電解液とカソード極側の電解液として同一の溶液を使用することから、アノード極側とカソード極側とが隔膜によって分離されていない一室からなる電解槽を用いる場合であっても、外部回路の開閉状態やカソード極に対するアノード極の電位を調整することによって、水素発生量、水素発生速度などを簡単に制御でき、安価で簡単な構造の水素発生装置を用いて、必要量の水素を簡単に取得することが可能となることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。   The present inventor has intensively studied to achieve the above-described object. As a result, the inventors have found a new property which has not been known so far, that ruthenium oxide has high activity for electrochemical reduction reaction of proton and very low activity for chemical oxidation reaction of hydride. In a hydrogen generation method using an electrochemical oxidation reaction of a hydride, a substance having catalytic activity for an electrochemical oxidation reaction of a hydride is used as an anode electrode catalyst, and ruthenium oxide is used as a cathode electrode catalyst. In this case, since the natural decomposition of the hydride hardly proceeds at the cathode electrode, the solution containing the hydride and the hydroxide without distinguishing between the electrolyte solution on the anode electrode side and the electrolyte solution on the cathode electrode side. It was found that the hydrogen generation reaction can be controlled with good control by using as a common electrolyte. According to this method, since the same solution is used as the electrolyte solution on the anode electrode side and the electrolyte solution on the cathode electrode side, the electrolytic cell comprising a single chamber in which the anode electrode side and the cathode electrode side are not separated by the diaphragm Even when using a hydrogen generator, the hydrogen generation rate and hydrogen generation rate can be easily controlled by adjusting the open / closed state of the external circuit and the potential of the anode with respect to the cathode. It was found that the required amount of hydrogen can be easily obtained by using, and the present invention has been completed here.

即ち、本発明は、下記の水素発生方法及び水素発生装置を提供するものである。
1.水素化物と水酸化物を含む電解液中において、水素化物の電気化学的酸化反応を含むアノード反応と、プロトンの還元による水素発生反応を含むカソード反応を生じさせることによる水素発生方法であって、カソード極用触媒としてルテニウム酸化物を用いることを特徴とする方法。
2.ルテニウム酸化物が、組成式:RuO・xHO(xは0〜4の数値である)で表される化合物である上記項1に記載の水素発生方法。
3.アノード極用触媒が、ロジウム、ルテニウム又はイリジウムを含み、配位子として、窒素含有多環式化合物又はCOを含む金属錯体からなる触媒、又は周期表11族に属する元素からなる金属状態の触媒である上記項1又は2に記載の水素発生方法。
4.水素化物が、一般式:X(YH4-nZn)(式中、Xは、アルカリ金属、NH4、又はM1/2(式中、Mはアルカリ土類金属である)であり、YはB, Al 又はGaであり、Zはハロゲン原子又は一価の炭化水素基であり、nは0〜3の整数である)で表される化合物であり、水酸化物が、一般式:AOH(式中、Aは、アルカリ金属、NH4、又はM1/2(式中、Mはアルカリ土類
金属である)である)で表される化合物である、上記項1〜3のいずれかに記載の水素発生方法。
5.水素化物の電気化学的酸化反応及びプロトンの電気化学的還元反応を生じさせる電解槽と、該電解槽中に挿入されたアノード極及びカソード極とを有する水素発生装置であって、
カソード極用触媒としてルテニウム酸化物を用いることを特徴とする水素発生装置。
6.電解槽がアノード極とカソード極とを分離する隔膜を有しない一室構造である上記項5に記載の水素発生装置。
That is, the present invention provides the following hydrogen generation method and hydrogen generation apparatus.
1. A method for generating hydrogen by causing an anode reaction including an electrochemical oxidation reaction of a hydride and a cathode reaction including a hydrogen generation reaction by reduction of protons in an electrolyte solution containing a hydride and a hydroxide, A method comprising using ruthenium oxide as a cathode electrode catalyst.
2. Item 2. The method for generating hydrogen according to Item 1, wherein the ruthenium oxide is a compound represented by a composition formula: RuO 2 · xH 2 O (x is a numerical value of 0 to 4).
3. The anode catalyst is a catalyst comprising rhodium, ruthenium or iridium, comprising a metal complex containing nitrogen-containing polycyclic compound or CO as a ligand, or a metal catalyst comprising an element belonging to Group 11 of the periodic table. Item 3. The method for generating hydrogen according to Item 1 or 2 above.
4). The hydride is of the general formula: X (YH 4-n Z n ), where X is an alkali metal, NH 4 , or M 1/2 , where M is an alkaline earth metal; Y is B, Al or Ga, Z is a halogen atom or a monovalent hydrocarbon group, and n is an integer of 0 to 3, and the hydroxide has the general formula: Any of the above items 1 to 3, which is a compound represented by AOH (wherein A is an alkali metal, NH 4 , or M 1/2 (wherein M is an alkaline earth metal)) The hydrogen generation method according to claim 1.
5). A hydrogen generator comprising an electrolytic cell for causing an electrochemical oxidation reaction of hydride and an electrochemical reduction reaction of protons, and an anode electrode and a cathode electrode inserted in the electrolytic cell,
A hydrogen generator using ruthenium oxide as a catalyst for a cathode electrode.
6). Item 6. The hydrogen generator according to Item 5, wherein the electrolytic cell has a one-chamber structure having no diaphragm for separating the anode and the cathode.

本発明の水素発生方法は、水素化物と水酸化物を含む溶液において、水素化物の電気化学的酸化反応を含むアノード反応と、プロトンの還元による水素発生反応を含むカソード反応を利用する方法である。   The hydrogen generation method of the present invention is a method using an anode reaction including an electrochemical oxidation reaction of a hydride and a cathode reaction including a hydrogen generation reaction by reduction of protons in a solution containing a hydride and a hydroxide. .

この方法では、水素化物として水素化ホウ素化合物を用いる場合には、下記の反応によって、アノード反応が進行して、水素化物イオン:BH4 が酸化される。 In this method, when a borohydride compound is used as a hydride, an anodic reaction proceeds by the following reaction, and hydride ions: BH 4 are oxidized.

アノード反応:BH4 + 8OH→ BO2 + 6H2O + 8e-
一方、アノード反応によって生じた電子は外部回路を通過してカソード極に供給され、カソード極の表面において水素発生を含む下記のカソード反応が生じる。
Anode reaction: BH 4 + 8OH → BO 2 + 6H 2 O + 8e
On the other hand, electrons generated by the anode reaction pass through an external circuit and are supplied to the cathode electrode, and the following cathode reaction including hydrogen generation occurs on the surface of the cathode electrode.

カソード反応:8H2O + 8e- → 4H2 + 8 OH-
本発明の水素発生方法は、上記反応を利用する水素発生方法において、カソード極用触媒としてルテニウム酸化物を用いることを特徴とする方法である。
The cathode reaction: 8H 2 O + 8e - → 4H 2 + 8 OH -
The hydrogen generation method of the present invention is a method characterized by using ruthenium oxide as a cathode electrode catalyst in the hydrogen generation method utilizing the above reaction.

以下、本発明の水素発生方法について具体的に説明する。   Hereinafter, the hydrogen generation method of the present invention will be specifically described.

電解液
本発明の水素発生方法では、原料溶液、即ち、電解液として、水素化物と水酸化物を含む溶液を用いる。
Electrolyte Solution In the hydrogen generation method of the present invention, a solution containing a hydride and a hydroxide is used as a raw material solution, that is, an electrolyte solution.

水素化物としては、例えば、一般式:X(YH4-nZn)で表される化合物を用いることができる。上記一般式において、Xはアルカリ金属、NH4、又はM1/2(式中、Mはアルカリ土類金属である)であり、YはB, Al 又はGaであり、Zはハロゲン原子又は一価の炭化水素基であり、nは0〜3の整数である。アルカリ金属としては、Li. Na, K, Rb, Cs等を例示でき
、アルカリ土類金属としては、Mg, Ca, Sr, Ba等を例示でき、ハロゲン原子としては、F,
Cl, Br, I等を例示できる。一価の炭化水素基としては、例えば、炭素数1〜6程度の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を挙げることができ、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、sec−ブチル、n−ペンチル、1−エチルプロピル、イソペンチル、ネオペンチル、n−ヘキシル、1,2,2−トリメチルプロピル、3,3−ジメチルブチル、2−エチルブチル、イソヘキシル、3−メチルペンチル基等を例示できる。
The hydrides, for example, the general formula: represented by X (YH 4-n Z n ) may be a compound. In the above general formula, X is an alkali metal, NH 4 , or M 1/2 (wherein M is an alkaline earth metal), Y is B, Al or Ga, and Z is a halogen atom or a single atom. And n is an integer of 0 to 3. Examples of the alkali metal include Li. Na, K, Rb, Cs and the like, examples of the alkaline earth metal include Mg, Ca, Sr, Ba and the like, and examples of the halogen atom include F,
Cl, Br, I etc. can be illustrated. Examples of the monovalent hydrocarbon group include a linear or branched alkyl group having about 1 to 6 carbon atoms, such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, Isobutyl, tert-butyl, sec-butyl, n-pentyl, 1-ethylpropyl, isopentyl, neopentyl, n-hexyl, 1,2,2-trimethylpropyl, 3,3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, isohexyl, 3 -A methylpentyl group etc. can be illustrated.

これらの水素化物の内で、特に、LiBH4, NaBH4, KBH4等のアルカリ金属の水素化ホウ素化合物が好ましい。 Among these hydrides, alkali metal borohydride compounds such as LiBH 4 , NaBH 4 and KBH 4 are particularly preferable.

水酸化物としては、例えば、一般式:AOHで表される化合物を用いることができる。上
記一般式において、Aは、アルカリ金属、NH4、又はM1/2(式中、Mはアルカリ土類金属である)である。アルカリ金属としては、Li, Na, K, Rb, Cs等を例示でき、アルカリ土類
金属としては、Mg, Ca, Sr, Ba等を例示できる。これらの水酸化物の内で、特に、LiOH, NaOH, KOH等のアルカリ金属水酸化物が好ましい。
As the hydroxide, for example, a compound represented by the general formula: AOH can be used. In the above general formula, A is an alkali metal, NH 4 , or M 1/2 (wherein M is an alkaline earth metal). Examples of the alkali metal include Li, Na, K, Rb, and Cs, and examples of the alkaline earth metal include Mg, Ca, Sr, and Ba. Of these hydroxides, alkali metal hydroxides such as LiOH, NaOH, and KOH are particularly preferable.

水素化物と水酸化物を含む溶液では、溶媒としては、溶液中において、水素化物:X(YH4-nZn)を、X+と(YH4-nZn)とにイオン解離できる溶媒であれば特に限定なく使用できる
。この様な溶媒としては、水の他に、ルイス塩基性が高く、ルイス酸性が低く、比誘電率が高い非水溶媒を用いることができる。この様な非水溶媒としては、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジグリム、トリグリム、テトラグリム、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジオキソラン、テトラメチルピラン等のエーテル類、二硫化炭素、酢酸メチル、γ-ブチルラクトン、メチルカーボネート
、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジエチル、アセトン、ホルムアミド、メチルホルムアミド、ジメチルホルムアミド、アセトアミド、メチルアセトアミド、ジメチルアセトアミド、エチレンジアミン、メチルピロリドン、ピリジン、アニリン、N-メチルピロリドン、テトラメチル尿素、テトラメチルグアニジン、アセトニトリル、ニトロメタン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、リン酸トリエチル、ヘキサメチルリン酸トリアミド、アンモニア等を例示できる。好ましい非水溶媒は、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、メチルピロリドン、ピリジン等である。
In a solution containing hydride and hydroxide, as a solvent, hydride: X (YH 4-n Z n ) can be ionically dissociated into X + and (YH 4-n Z n ) in the solution. Any solvent can be used without particular limitation. As such a solvent, in addition to water, a non-aqueous solvent having a high Lewis basicity, a low Lewis acidity, and a high relative dielectric constant can be used. Examples of such non-aqueous solvents include diethyl ether, dimethoxyethane, diethoxyethane, diglyme, triglyme, tetraglyme, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, dioxane, dioxolane, tetramethylpyran, and other ethers, carbon disulfide, methyl acetate, γ-Butyllactone, methyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, acetone, formamide, methylformamide, dimethylformamide, acetamide, methylacetamide, dimethylacetamide, ethylenediamine, methylpyrrolidone, pyridine, aniline, N-methylpyrrolidone, tetra Methylurea, tetramethylguanidine, acetonitrile, nitromethane, dimethylsulfoxide, sulfolane, triethyl phosphate, hexamethylphosphorus Triamide, ammonia and the like. Preferred non-aqueous solvents are tetrahydrofuran, acetonitrile, dimethyl sulfoxide, dimethylacetamide, methylpyrrolidone, pyridine and the like.

水素化物と水酸化物を含む溶液における水素化物の濃度は特に限定的でないが、0.0001〜30mol/L程度とすることが好ましく、0.01〜10mol/L程度とすることがより好ましい。   The concentration of hydride in the solution containing hydride and hydroxide is not particularly limited, but is preferably about 0.0001 to 30 mol / L, and more preferably about 0.01 to 10 mol / L.

また、水酸化物の濃度は、0.0001〜20mol/L程度であることが好ましく、0.01〜4mol/L
程度であることがより好ましい。
The hydroxide concentration is preferably about 0.0001 to 20 mol / L, and 0.01 to 4 mol / L.
More preferably, it is about.

カソード極
本発明の水素発生方法は、上記した電解液中におけるアノード反応とカソード反応を利用する水素発生方法において、カソード極用触媒として、ルテニウム酸化物を用いることを重要な特徴とするものである。本発明者の研究によれば、ルテニウム酸化物は、プロトンの電気化学的還元反応に対して高い活性を有し、且つ水素化物の化学的分解反応についての活性と電気化学的酸化反応に対する活性が非常に低い物質であることが明らかとなった。従って、ルテニウム酸化物をカソード極用触媒として用いる場合には、上記した水素化物の電気化学的酸化反応をアノード反応として利用する水素発生方法において、カソード反応を円滑に進行させることができるが、電解液中において水素化物の自然分解を殆ど進行させることがない。このため、水素化物と水酸化物を含む溶液を電解液とする場合に、アノード反応に寄与する電解液と、カソード反応に寄与する電解液とを分離する必要がなく、同一の電解液を使用することが可能となる。
Cathode electrode The hydrogen generation method of the present invention is characterized in that ruthenium oxide is used as a catalyst for the cathode electrode in the hydrogen generation method utilizing the anode reaction and cathode reaction in the above-described electrolyte. . According to the inventor's research, ruthenium oxide has high activity for electrochemical reduction reaction of protons, and activity for chemical decomposition reaction of hydride and activity for electrochemical oxidation reaction. It became clear that it was a very low substance. Therefore, when ruthenium oxide is used as a cathode electrode catalyst, the cathode reaction can proceed smoothly in the hydrogen generation method using the electrochemical oxidation reaction of the hydride as an anode reaction. The natural decomposition of hydride hardly progresses in the liquid. For this reason, when a solution containing a hydride and a hydroxide is used as the electrolyte, it is not necessary to separate the electrolyte that contributes to the anode reaction and the electrolyte that contributes to the cathode reaction, and the same electrolyte is used. It becomes possible to do.

本発明では、ルテニウム酸化物としては、IV価のルテニウムを含む酸化物であればよく、例えば、組成式:RuO・xHO(xは0〜4の数値である)で表されるルテニウム酸化物を用いることができる。特に、上記組成式においてx=0である酸化物が電気伝導率が高い点で好ましい。 In the present invention, the ruthenium oxide may be any oxide containing IV valent ruthenium. For example, ruthenium represented by a composition formula: RuO 2 .xH 2 O (x is a numerical value of 0 to 4). An oxide can be used. In particular, an oxide having x = 0 in the composition formula is preferable in terms of high electric conductivity.

該ルテニウム酸化物としては、特に、導電性の良好なものが適しており、抵抗率が10−2Ωcm以下であることが好ましく、10−3Ωcm以下であることがより好ましい。 Especially as this ruthenium oxide, a thing with favorable electroconductivity is suitable, and it is preferable that a resistivity is 10-2 ohm - cm or less, and it is more preferable that it is 10-3 ohm-cm or less.

ルテニウム酸化物を触媒とするカソード極の構造については特に限定はなく、各種の電池などに用いられているものと同様の集電体を支持体として用い、これに、常法に従ってルテニウム酸化物を担持させたものをカソード極として用いることができる。この様な支持体としては、例えば、アルミニウム板、カーボンペーパーなどを用いることができる。   The structure of the cathode electrode using ruthenium oxide as a catalyst is not particularly limited, and a current collector similar to that used in various types of batteries is used as a support, and ruthenium oxide is used in accordance with a conventional method. The supported one can be used as the cathode electrode. As such a support, for example, an aluminum plate, carbon paper, or the like can be used.

ルテニウム酸化物からなる触媒は、導電性担体に担持させたものであってもよい。   The catalyst made of ruthenium oxide may be supported on a conductive carrier.

導電性担体としては、特に限定はなく、例えば、従来から固体高分子形燃料電池用の触媒担体等として用いられている各種の担体を用いることができる。この様な担体の具体例としては、カーボンブラック、活性炭、黒鉛等の炭素質材料を挙げることができる。これらの内で、カーボンブラックは、導電性に優れ、比表面積も大きいために、導電性担体として特に好ましい物質である。   The conductive carrier is not particularly limited, and for example, various carriers conventionally used as catalyst carriers for polymer electrolyte fuel cells can be used. Specific examples of such a carrier include carbonaceous materials such as carbon black, activated carbon, and graphite. Among these, carbon black is a particularly preferable substance as a conductive carrier because it is excellent in conductivity and has a large specific surface area.

導電性担体の形状などについては特に限定はないが、例えば、平均粒径が0.1〜100μm程度、好ましくは1〜10μm程度のものを用いることができる。また、カーボンブラックを用いる場合には、例えば、BET法による比表面積が100〜800m/g程度の範囲内にあるものが好ましく、200〜300 m/g程度の範囲内にあるもの
がより好ましい。この様なカーボンブラックの具体例としては、Vulcan XC-72R(Cabot社製)の商標名で市販されているものを用いることができる。
The shape of the conductive carrier is not particularly limited, and for example, a conductive carrier having an average particle diameter of about 0.1 to 100 μm, preferably about 1 to 10 μm can be used. Further, when carbon black is used, for example, is preferably one in the range BET specific surface area of about 100~800m 2 / g, more is intended to be within the range of about 200 to 300 [m 2 / g preferable. As a specific example of such a carbon black, those commercially available under the trade name Vulcan XC-72R (Cabot) can be used.

導電性担体に担持させる方法としては、例えば、溶解乾燥法、気相法などの公知の方法を適用できる。   As a method for supporting the conductive carrier, for example, a known method such as a dissolution drying method or a gas phase method can be applied.

例えば、溶解乾燥法では、金属酸化物を水、有機溶媒等からなる溶媒に溶解させ、この溶液に導電性担体を加えて、例えば、数時間撹拌して、該担体に金属酸化物を吸着させた後、溶媒を乾燥させればよい。また、溶媒中に金属酸化物が多量に含まれる場合には、平
衡に達するまで金属酸化物を導電性担体に吸着させた後、濾過することによって、導電性担体に吸着していない金属酸化物を除去して、該担体と相互作用している金属酸化物のみを該担体の表面に残すことができる。
For example, in the dissolution drying method, a metal oxide is dissolved in a solvent composed of water, an organic solvent, etc., and a conductive carrier is added to this solution, and stirred for several hours, for example, to adsorb the metal oxide on the carrier. After that, the solvent may be dried. In addition, when the solvent contains a large amount of metal oxide, the metal oxide is not adsorbed on the conductive support by filtering after adsorbing the metal oxide on the conductive support until equilibrium is reached. Can be removed, leaving only the metal oxide interacting with the support on the surface of the support.

この方法では、有機溶媒としては、金属酸化物を溶解できるものであれば、特に限定なく使用できる。例えば、ジクロロメタン、クロロホルム等の塩素系炭化水素やエタノールなど低級アルコールを好適に用いることができる。   In this method, any organic solvent can be used without particular limitation as long as it can dissolve the metal oxide. For example, chlorinated hydrocarbons such as dichloromethane and chloroform and lower alcohols such as ethanol can be preferably used.

濾過によって得られた分散物を、さらに水又は有機溶媒を用いて洗浄液が透明になるまで洗浄すれば、導電性担体との相互作用の弱い金属酸化物を洗い流すことができ、導電性担体に強固に吸着している金属酸化物のみを含む高活性な触媒を得ることができる。   If the dispersion obtained by filtration is further washed with water or an organic solvent until the washing liquid becomes transparent, the metal oxide having a weak interaction with the conductive carrier can be washed away, and the conductive carrier is firmly attached. A highly active catalyst containing only the metal oxide adsorbed on the catalyst can be obtained.

気相法で担持させる場合には、例えば、プラズマ蒸着法、CVD法、加熱蒸着法などを公知の方法を採用できる。   In the case of carrying by a vapor phase method, for example, a known method such as a plasma vapor deposition method, a CVD method, or a heating vapor deposition method can be adopted.

導電性担体上に担持させる触媒の量については、特に限定はないが、例えば、導電性担体1gに対して、金属酸化物を10μmol〜150μmol程度担持させることが好ましく、20μmol〜100μmol程度担持させることがより好ましい。   The amount of the catalyst to be supported on the conductive support is not particularly limited, but for example, it is preferable to support about 10 μmol to 150 μmol of metal oxide with respect to 1 g of conductive support, and about 20 μmol to 100 μmol. Is more preferable.

カソード極におけるルテニウム酸化物の担持量についても特に限定はないが、例えば、0.1〜5.0mg/cm程度とすることができ、0.1〜3.0mg/cm程度とすることが好ましい。 Although there is no particular limitation on the supported amount of ruthenium oxide in the cathode, for example, it is a 0.1 to 5.0 mg / cm 2 or so, be 0.1-3.0 mg / cm 2 of about Is preferred.

アノード極
アノード極用触媒としては、原料として用いる水素化物の電気化学的酸化反応に対して活性を有する物質であって、且つ開回路時に水素化物の酸化反応が進行しないように、水素化物の化学的酸化反応に対して活性が低い触媒であれば、特に限定なく使用できる。
The anode electrode anode catalyst is a substance having an activity for the electrochemical oxidation reaction of the hydride used as a raw material, and the hydride chemistry so that the oxidation reaction of the hydride does not proceed during open circuit. Any catalyst can be used without particular limitation as long as it has a low activity with respect to a general oxidation reaction.

この様な触媒の具体例としては、金属成分として、ロジウム、ルテニウム又はイリジウムを含み、配位子として、窒素含有多環式化合物又はCOを含む金属錯体を挙げることができる。また、周期表の11族に属する元素も金属状態において本発明の水素発生装置におけるアノード極用触媒として好適に用いることができる。   Specific examples of such a catalyst include a metal complex containing rhodium, ruthenium or iridium as a metal component and a nitrogen-containing polycyclic compound or CO as a ligand. In addition, elements belonging to Group 11 of the periodic table can also be suitably used as an anode electrode catalyst in the hydrogen generator of the present invention in a metal state.

以下、これらのアノード極用触媒について具体的に説明する。   Hereinafter, these anode electrode catalysts will be described in detail.

(i)金属錯体触媒
金属成分として、ロジウム、ルテニウム又はイリジウムを含む金属錯体において、配位子として用いる窒素含有多環式化合物としては、ポルフィリン化合物、フタロシアニン化合物、サレン化合物等を例示できる。
(I) Metal complex As a metal component containing rhodium, ruthenium or iridium as a catalyst metal component, examples of the nitrogen-containing polycyclic compound used as a ligand include porphyrin compounds, phthalocyanine compounds, and salen compounds.

これらの特定の金属錯体を触媒として用いることによって、低い過電圧で水素化物を電極酸化することが可能となる。また、該金属錯体は、水素化物の化学的酸化反応に対する活性が低いために、上記金属錯体を付与した電極は、カソード極と接続しない状態では、水素化物の分解反応を殆ど進行させることがない。   By using these specific metal complexes as catalysts, it becomes possible to oxidize hydrides with a low overvoltage. In addition, since the metal complex has low activity for the chemical oxidation reaction of hydride, the electrode to which the metal complex is added hardly progresses the decomposition reaction of hydride when not connected to the cathode electrode. .

本発明では、上記した金属成分を含み、且つ、配位子として、窒素含有多環式化合物又はCOを含む貴金属錯体であれば、特に限定なく使用でき、配位子の具体的な構造については特に限定的ではない。   In the present invention, any noble metal complex containing the above-described metal component and containing a nitrogen-containing polycyclic compound or CO as a ligand can be used without any particular limitation. It is not particularly limited.

以下、上記した金属錯体の具体例を示す。   Hereinafter, specific examples of the above metal complexes will be shown.

(1)化学式:   (1) Chemical formula:

Figure 2010144206
Figure 2010144206

(式中、R〜R12は、同一又は異なって、それぞれ、アルキル基、置換基を有することのあるアリール基、水素原子又はハロゲン原子を示し、Mは、ロジウム、ルテニウム又はイリジウムを示す。)で表される金属ポルフィリン錯体。 (Wherein R 1 to R 12 are the same or different and each represents an alkyl group, an aryl group which may have a substituent, a hydrogen atom or a halogen atom, and M represents rhodium, ruthenium or iridium. The metal porphyrin complex represented by this.

上記化学式において、Mで表される中心金属元素は、ロジウム、ルテニウム又はイリジウムであり、特に、水素化物の電気化学的酸化反応に対して高い活性を有する点でロジウムが好ましい。   In the above chemical formula, the central metal element represented by M is rhodium, ruthenium or iridium, and rhodium is particularly preferable in that it has a high activity for the electrochemical oxidation reaction of hydride.

〜R12は、同一又は異なって、それぞれ、アルキル基、置換基を有することのあるアリール基、水素原子又はハロゲン原子を示す。これらの内で、アルキル基としては、メチル、エチル、イソプロピル、n−プロピル、t−ブチル、sec−ブチル、n−ブチル、イソブチル、n−ペンチルなどの炭素数1〜5程度の直鎖状又は分岐鎖状の低級アルキル基が好ましい。また、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素などが好ましい。置換基を有することのあるアリール基としては、フェニル基、置換基を有するフェニル基、ピリジル基、置換基を有するピリジル基等が好ましい。 R 1 to R 12 are the same or different and each represents an alkyl group, an aryl group that may have a substituent, a hydrogen atom, or a halogen atom. Among these, as an alkyl group, methyl, ethyl, isopropyl, n-propyl, t-butyl, sec-butyl, n-butyl, isobutyl, n-pentyl, etc. A branched lower alkyl group is preferred. Further, as the halogen atom, fluorine, chlorine, bromine and the like are preferable. As the aryl group which may have a substituent, a phenyl group, a phenyl group having a substituent, a pyridyl group, a pyridyl group having a substituent, and the like are preferable.

これらの内で、R、R、R及びR10が全て置換基を有することのあるアリール基である場合には、メソ位が化学的に保護されているために、酸化反応などに対する安定性が高くなる。 Among these, when R 1 , R 4 , R 7, and R 10 are all aryl groups that may have a substituent, the meso position is chemically protected, so that the oxidation reaction and the like are prevented. Increases stability.

置換基を有するアリール基の内で、置換基を有するピリジル基としては、1−メチルピ
リジル基等を例示できる。置換基を有するフェニル基における置換基としては、低級アルコシキ基、低級アルキル基、ハロゲン原子、−SO(式中、Mは水素原子、アルカリ金属又は−NHである)、−COOM(式中、Mは水素原子、アルカリ金属、−NH又はアルキル基である)、−OCH−COOM(式中、Mは水素原子、アルカリ金属、−NH又はアルキル基である)等を例示できる。
Among the aryl groups having a substituent, examples of the pyridyl group having a substituent include a 1-methylpyridyl group. Examples of the substituent in the phenyl group having a substituent include a lower alkoxy group, a lower alkyl group, a halogen atom, —SO 3 M 1 (wherein M 1 is a hydrogen atom, an alkali metal, or —NH 4 ), —COOM. 2 (wherein M 2 is a hydrogen atom, an alkali metal, —NH 4 or an alkyl group), —OCH 2 —COOM 3 (wherein M 3 is a hydrogen atom, an alkali metal, —NH 4 or an alkyl group) And the like.

これらの内で、置換基として低級アルコキシ基を有するフェニル基としてはパラ-メト
キシフェニル基等、置換基として低級アルキル基を有するフェニル基としては、パラ-メ
チルフェニル基、2,4,6-トリメチルフェニル基等、置換基としてハロゲン原子を有するフェニル基としてはペンタフルオロフェニル基等を例示できる。
Among these, as a phenyl group having a lower alkoxy group as a substituent, a para-methoxyphenyl group and the like, and as a phenyl group having a lower alkyl group as a substituent, a para-methylphenyl group, 2,4,6-trimethyl Examples of the phenyl group having a halogen atom as a substituent such as a phenyl group include a pentafluorophenyl group.

フェニル基の置換基の内で、−SOでは、Mは水素原子、アルカリ金属又は−NHである。これらの内で、アルカリ金属としては、K、Na等を例示できる。フェニル基の置換基の内で、−COOMでは、Mは水素原子、アルカリ金属、−NH又はアルキル基である。これらの内で、アルカリ金属としては、K、Na等を例示できる。アルキル基としては、上記した基と同様の基を例示できる。また、フェニル基の置換基の内
で、−OCH−COOMでは、Mは水素原子、アルカリ金属、−NH又はアルキル基である。これらの内で、アルカリ金属としては、K、Na等を例示できる。アルキル基としては、上記した基と同様の基を例示できる。
Among the substituents of the phenyl group, the -SO 3 M 1, M 1 is a hydrogen atom, an alkali metal or -NH 4. Among these, examples of the alkali metal include K and Na. Among the substituents of the phenyl group, in —COOM 2 , M 2 is a hydrogen atom, an alkali metal, —NH 4 or an alkyl group. Among these, examples of the alkali metal include K and Na. Examples of the alkyl group include the same groups as those described above. Among the substituents of the phenyl group, in —OCH 2 —COOM 3 , M 3 is a hydrogen atom, an alkali metal, —NH 4 or an alkyl group. Among these, examples of the alkali metal include K and Na. Examples of the alkyl group include the same groups as those described above.

−SO、−COOM、−OCH−COOM等の置換基は、例えばフェニル基の4位に置換することができるが、これに限定されるものではない。 Substituents such as —SO 3 M 1 , —COOM 2 and —OCH 2 —COOM 3 can be substituted at the 4-position of the phenyl group, for example, but are not limited thereto.

(2)化学式     (2) Chemical formula

Figure 2010144206
Figure 2010144206

(式中、R〜Rは、同一又は異なって、それぞれ、水素原子、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、アルケニル基、基:-SO3M1(式中、M1は、水素原子、アルカリ金属又は−NHである)、又は基:−R−COOM2(式中、Rは直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン
基であり、Mは水素原子、アルカリ金属又はアルキル基である)を示すか、或いは、R1とR2、R3とR4、R5とR6、R7とR8の各組み合わせの少なくとも一組は互いに結合し
て、これらの各基が結合する炭素原子と共に、置換基を有することのある芳香族環を形成してもよい。Mは、ロジウム、ルテニウム又はイリジウムを示す。但し、R〜Rの少なくとも一つは基:−R−COOM2である)で表される金属ポルフィリン錯体。
(Wherein R 1 to R 8 are the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group, a hydroxyalkyl group, an alkenyl group, a group: —SO 3 M 1 (wherein M 1 represents a hydrogen atom, an alkali A metal or —NH 4 ), or a group: —R 9 —COOM 2 (wherein R 9 is a linear or branched alkylene group, and M 2 is a hydrogen atom, an alkali metal or an alkyl group) Or at least one combination of R 1 and R 2 , R 3 and R 4 , R 5 and R 6 , R 7 and R 8 is bonded to each other, and these groups are bonded to each other. An aromatic ring which may have a substituent may be formed together with the carbon atom to be used, and M represents rhodium, ruthenium or iridium, provided that at least one of R 1 to R 8 is a group: —R 9 A metal porphyrin complex represented by -COOM 2 ).

上記化学式において、Mで表される中心金属元素は、ロジウム、ルテニウム又はイリジウムであり、特に、水素化物の電気化学的酸化反応に対して高い活性を有する点でロジウムが好ましい。   In the above chemical formula, the central metal element represented by M is rhodium, ruthenium or iridium, and rhodium is particularly preferable in that it has a high activity for the electrochemical oxidation reaction of hydride.

上記化学式において、アルキル基としては、メチル、エチル、イソプロピル、n−プロピル、t−ブチル、sec−ブチル、n−ブチル、イソブチル、n−ペンチルなどの炭素数1〜5程度の直鎖状又は分岐鎖状の低級アルキル基が好ましい。   In the above chemical formula, the alkyl group is linear or branched having about 1 to 5 carbon atoms such as methyl, ethyl, isopropyl, n-propyl, t-butyl, sec-butyl, n-butyl, isobutyl, n-pentyl and the like. A chain-like lower alkyl group is preferred.

ヒドロキシアルキル基のアルキル基部分としては、メチル、エチル、イソプロピル、n−プロピル、t−ブチル、sec−ブチル、n−ブチル、イソブチル、n−ペンチルなどの炭素数1〜5程度の直鎖状又は分枝鎖状の低級アルキル基を例示できる。ヒドロキシ基は、該アルキル基の任意の炭素原子に置換することができる。   As the alkyl group portion of the hydroxyalkyl group, a straight chain having about 1 to 5 carbon atoms such as methyl, ethyl, isopropyl, n-propyl, t-butyl, sec-butyl, n-butyl, isobutyl, n-pentyl or the like A branched lower alkyl group can be exemplified. The hydroxy group can be substituted on any carbon atom of the alkyl group.

アルケニル基としては、例えばビニル、アリル、2−ブテニル、3−ブテニル、1−メチルアリル、2−ペンテニル、2−ヘキセニル基等の炭素数2〜6の直鎖又は分枝鎖状アルケニル基を挙げることができる。   Examples of the alkenyl group include linear or branched alkenyl groups having 2 to 6 carbon atoms such as vinyl, allyl, 2-butenyl, 3-butenyl, 1-methylallyl, 2-pentenyl, 2-hexenyl and the like. Can do.

基:-SO3M1において、M1は水素原子、アルカリ金属又は−NHである。これらの内で、アルカリ金属としては、K、Na等を例示できる。 In the group: —SO 3 M 1 , M 1 is a hydrogen atom, an alkali metal, or —NH 4 . Among these, examples of the alkali metal include K and Na.

基:−R−COOM2において、R9で表されるアルキレン基としては、例えばメチレン、エチレン、トリメチレン、2−メチルトリメチレン、2,2−ジメチルトリメチレン、1−
メチルトリメチレン、メチルメチレン、エチルメチレン、テトラメチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン基等の炭素数1〜6の直鎖又は分枝鎖状アルキレン基を例示できる。M2で表されるアルキル基とアルカリ金属は、上記したものと同様である。
In the group: —R 9 —COOM 2 , examples of the alkylene group represented by R 9 include methylene, ethylene, trimethylene, 2-methyltrimethylene, 2,2-dimethyltrimethylene, 1-
Examples thereof include straight-chain or branched alkylene groups having 1 to 6 carbon atoms such as methyltrimethylene, methylmethylene, ethylmethylene, tetramethylene, pentamethylene and hexamethylene groups. The alkyl group and alkali metal represented by M 2 are the same as those described above.

上記化学式で表される金属ポルフィリン錯体において、R〜Rの内の2個以上が基:−R−COOM2である化合物は、特に水素化物の電気化学的酸化反応に対して高い活性を有するものである。 In the metalloporphyrin complex represented by the above chemical formula, a compound in which two or more of R 1 to R 8 are a group: —R 9 —COOM 2 has a particularly high activity for an electrochemical oxidation reaction of a hydride. It is what has.

(3)化学式   (3) Chemical formula

Figure 2010144206
Figure 2010144206

(式中、R〜R16は、同一又は異なって、それぞれ、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子又はスルホン酸基を示すか、或いは、RとR、RとR、R10とR11、R14とR15の各組み合わせの少なくとも一組は互いに結合して、これらの各基が結合する炭素原子と共に、置換基を有することのある芳香族環を形成してもよい。また、Mは、ロジウム、ルテニウム又はイリジウムを示す。)で表される金属フタロシアニン錯体。 (Wherein R 1 to R 16 are the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxyl group, a halogen atom or a sulfonic acid group, or R 2 and R 3 , R 6 and R 7). , R 10 and R 11 , and each combination of R 14 and R 15 are bonded to each other to form an aromatic ring which may have a substituent together with the carbon atom to which these groups are bonded. M represents a rhodium, ruthenium or iridium) metal phthalocyanine complex.

上記化学式において、Mで表される中心金属元素は、ロジウム、ルテニウム又はイリジウムであり、特に、水素化物の電気化学的酸化反応に対して高い活性を有する点でロジウムが好ましい。   In the above chemical formula, the central metal element represented by M is rhodium, ruthenium or iridium, and rhodium is particularly preferable in that it has a high activity for the electrochemical oxidation reaction of hydride.

上記化学式において、R〜R16は、同一又は異なって、それぞれ、水素原子、アル
キル基、アルコキシル基、ハロゲン原子又はスルホン酸基を示す。更に、これらの内で、RとR、RとR、R10とR11、R14とR15の各組み合わせの少なくとも一組は互いに結合して、これらの各基が結合する炭素原子と共に、置換基を有することのある芳香族環を形成してもよい。
In the above chemical formula, R 1 to R 16 are the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxyl group, a halogen atom, or a sulfonic acid group. Further, among these, at least one of each combination of R 2 and R 3 , R 6 and R 7 , R 10 and R 11 , R 14 and R 15 is bonded to each other, and these groups are bonded. You may form the aromatic ring which may have a substituent with a carbon atom.

これらの内で、アルキル基としては、メチル、エチル、イソプロピル、n−プロピル、t−ブチル、sec−ブチル、n−ブチル、イソブチル、n−ペンチルなどの炭素数1〜5程度の直鎖状又は分岐鎖状の低級アルキル基が好ましい。アルコキシ基としては、例えば、メトキシ、エトキシ、n−プロポキシ、イソプロポキシ、n−ブトキシ、tert−ブトキシ、n−ペンチルオキシ、n−ヘキシルオキシ基等の炭素数1〜6の直鎖又は分枝鎖状アルコキシル基が好ましい。また、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素などが好ましい。   Among these, as an alkyl group, methyl, ethyl, isopropyl, n-propyl, t-butyl, sec-butyl, n-butyl, isobutyl, n-pentyl, etc. A branched lower alkyl group is preferred. Examples of the alkoxy group include straight chain or branched chains having 1 to 6 carbon atoms such as methoxy, ethoxy, n-propoxy, isopropoxy, n-butoxy, tert-butoxy, n-pentyloxy, n-hexyloxy group, and the like. An alkoxyl group is preferred. Further, as the halogen atom, fluorine, chlorine, bromine and the like are preferable.

上記化学式で表される金属フタロシアニン錯体の内で、例えば、R〜R16が全て水
素原子である化合物は、水素化物の電気化学的酸化反応に対して高い活性を有するものである。
Among the metal phthalocyanine complexes represented by the above chemical formula, for example, a compound in which R 1 to R 16 are all hydrogen atoms has high activity for an electrochemical oxidation reaction of a hydride.

また、RとR、RとR、R10とR11、R14とR15の各組み合わせが互いに結合して、これらの各基が結合する炭素原子と共に、置換基を有することのある芳香族環を形成した化合物として、下記化学式 Each combination of R 2 and R 3 , R 6 and R 7 , R 10 and R 11 , R 14 and R 15 is bonded to each other, and has a substituent together with the carbon atom to which these groups are bonded. As an aromatic ring-containing compound, the following chemical formula

Figure 2010144206
Figure 2010144206

で表される化合物を例示できる。上記化学式において、R17〜R32は、同一又は異なって、それぞれ、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子又はスルホン酸基を示す。これらの各基の具体例は、R〜R16と同様である。 The compound represented by these can be illustrated. In the above chemical formula, R 17 to R 32 are the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxyl group, a halogen atom, or a sulfonic acid group. Specific examples of each of these groups are the same as R 1 to R 16 .

(4)化学式:   (4) Chemical formula:

Figure 2010144206
Figure 2010144206

(式中、Mはロジウム、ルテニウム又はイリジウムである)で表される金属サレン錯体。 (Wherein, M is rhodium, ruthenium or iridium).

上記化学式において、Mで表される中心金属元素は、ロジウム、ルテニウム又はイリジウムであり、特に、水素化物の電気化学的酸化反応に対して高い活性を有する点でロジウムが好ましい。   In the above chemical formula, the central metal element represented by M is rhodium, ruthenium or iridium, and rhodium is particularly preferable in that it has a high activity for the electrochemical oxidation reaction of hydride.

尚、上記したサレン錯体では、サレン環上に任意の置換基が存在しても良い。   In the salen complex described above, an arbitrary substituent may be present on the salen ring.

(5)金属1原子に対して1分子以上のCOを配位子として含む錯体。   (5) A complex containing one or more molecules of CO as a ligand per metal atom.

COを配位子として含む錯体では、錯体中の金属原子は1〜10個程度が好ましい。COは一
つの金属に配位してもよく、或いは複数の金属原子に配位してもよい。複数の金属原子に配位する場合には、COで架橋される状態となる。CO以外の配位子の種類については特に限
定はない。錯体中の金属元素はロジウム、ルテニウム又はイリジウムであり、特に、水素化物の電気化学的酸化反応に対して高い活性を有する点でロジウムが好ましい。
In the complex containing CO as a ligand, the number of metal atoms in the complex is preferably about 1 to 10. CO may be coordinated to one metal or may be coordinated to a plurality of metal atoms. When coordinated to a plurality of metal atoms, it is in a state of being crosslinked by CO. There are no particular limitations on the type of ligand other than CO. The metal element in the complex is rhodium, ruthenium or iridium, and rhodium is particularly preferred because it has a high activity for the electrochemical oxidation reaction of hydride.

この様なCOを配位子として含む金属錯体としては、化学式:Rh2Cl2(CO)4で表される金
属錯体、Rh6(CO)16で表される金属錯体等を例示できる。
Examples of such a metal complex containing CO as a ligand include a metal complex represented by the chemical formula: Rh 2 Cl 2 (CO) 4 , a metal complex represented by Rh 6 (CO) 16 , and the like.

上記した(1)から(5)の金属錯体は、例えば、目的とする錯体の配位子となる化合物と金属化合物を溶媒中に溶解し、加熱することによって製造することができる。   The above-described metal complexes (1) to (5) can be produced, for example, by dissolving a compound that serves as a ligand of the target complex and the metal compound in a solvent and heating.

例えば、ロジウム錯体については、ロジウム化合物としては、一価のロジウム金属が含まれる化合物体を用いることができる。溶媒としては、上記した配位子となる化合物とロジウム化合物を溶解できる溶媒を用いればよく、例えば、エタノールなどを用いることができる。加熱温度については、例えば、使用する溶媒の還流温度とすればよい。   For example, for the rhodium complex, a compound body containing a monovalent rhodium metal can be used as the rhodium compound. As the solvent, a solvent capable of dissolving the above-described ligand compound and rhodium compound may be used. For example, ethanol may be used. The heating temperature may be, for example, the reflux temperature of the solvent used.

また、例えば、化学式:Rh2Cl2(CO)4で表されるCOを配位子に含む金属錯体については
、市販品として容易に入手できる。
Further, for example, a metal complex containing CO represented by the chemical formula: Rh 2 Cl 2 (CO) 4 as a ligand can be easily obtained as a commercial product.

上記した金属錯体の内で、特に、化学式:   Among the above metal complexes, in particular, the chemical formula:

Figure 2010144206
Figure 2010144206

(式中、R〜R12は、同一又は異なって、それぞれ、アルキル基、置換基を有することのあるアリール基、水素原子又はハロゲン原子を示し、Mはロジウムを示す。)で表される金属ポルフィリン錯体が好ましい。特に、R1, R4, R7及びR10が置換基を有することの
あるフェニル基であって、R2, R3, R5, R6, R8, R9, R11及びR12が水素原子であるテトラフェニルポリフィリン錯体; R1, R4, R7及びR10が水素原子であって、R2, R3, R5, R6, R8, R9, R11及びR12が低級アルキル基であるオクタアルキルポリフィリン錯体等が好ましい。これらの内で、テトラフェニルポリフィリン錯体の好ましい具体例としては、ロジウムテトラフェニルポルフィリン錯体を挙げることができ、オクタアルキルポリフィリン錯体の好ましい具体例としては、ロジウムオクタアルキルポリフィリンを挙げることができる。
(Wherein R 1 to R 12 are the same or different and each represents an alkyl group, an aryl group which may have a substituent, a hydrogen atom or a halogen atom, and M represents rhodium). Metal porphyrin complexes are preferred. In particular, R 1 , R 4 , R 7 and R 10 are phenyl groups which may have a substituent, and R 2, R 3 , R 5 , R 6 , R 8 , R 9 , R 11 and R 12 Is a hydrogen atom; R 1 , R 4 , R 7 and R 10 are hydrogen atoms, R 2, R 3 , R 5 , R 6 , R 8 , R 9 , R 11 and R An octaalkylporphyrin complex in which 12 is a lower alkyl group is preferred. Among these, preferred specific examples of the tetraphenylporphyrin complex include rhodium tetraphenylporphyrin complex, and preferred specific examples of the octaalkylporphyrin complex include rhodium octaalkylporphyrin.

上記した金属錯体は、そのままアノード用触媒として用いてもよいが、導電性担体に担持させることにより、水素化物の電気化学的酸化反応に対して高い触媒活性を有するものとすることができる。   The above-described metal complex may be used as an anode catalyst as it is, but can have a high catalytic activity for the electrochemical oxidation reaction of hydride by being supported on a conductive carrier.

導電性担体の種類、担持方法などについてはカソード触媒と同様とすればよい。   The type of conductive carrier, the loading method, and the like may be the same as those for the cathode catalyst.

導電性担体上に担持させる金属錯体の量については、特に限定はないが、例えば、導電性担体1gに対して、金属錯体を10μmol〜150μmol程度担持させることが好ましく、20μmol〜100μmol程度担持させることがより好ましい。   The amount of the metal complex to be supported on the conductive carrier is not particularly limited. For example, it is preferable to carry about 10 μmol to 150 μmol of the metal complex with respect to 1 g of the conductive carrier, and about 20 μmol to 100 μmol. Is more preferable.

(ii)周期表11族に属する元素
周期表11族に属する元素については、金属状態において、アノード用触媒として有効に用いることができる(以下、11族金属触媒ということがある)。11族金属触媒の内で、好ましいものとして銅、銀、金などを例示できる。11族金属触媒の形態については特に限定はなく、微粉末状の金属であってもよく、或いは、板状、線状等の金属をそのまま電極として用いることもできる。
(Ii) Elements belonging to Group 11 of the Periodic Table Elements belonging to Group 11 of the Periodic Table can be effectively used as an anode catalyst in the metal state (hereinafter sometimes referred to as Group 11 metal catalyst). Among group 11 metal catalysts, copper, silver, gold and the like can be exemplified as preferable ones. The form of the Group 11 metal catalyst is not particularly limited, and may be a fine powder metal, or a plate-like or linear metal may be used as an electrode as it is.

(iii)アノード極の構造
アノード極の構造については、上記した金属錯体又は11族金属触媒を触媒として用いること以外は、カソード極と同様に、電池などに用いられているものと同様の集電体を支持体として用い、これに、上記したアノード極用触媒を担持させたものであればよい。
(Iii) Structure of anode electrode The structure of the anode electrode is the same as that used for batteries, etc., except for using the above-mentioned metal complex or Group 11 metal catalyst as a catalyst. Any body may be used as long as it supports the above-described anode electrode catalyst.

アノード極における触媒の担持量についても特に限定はないが、例えば、0.1〜5.0mg/cm程度とすることができ、0.1〜3.0mg/cm程度とすることが好ましい。 Although there is no particular limitation on the amount of catalyst supported in the anode electrode, for example, be a 0.1 to 5.0 mg / cm 2 or so, it is preferable to 0.1-3.0 mg / cm 2 of about .

また、板状、線状などの11族金属触媒については、そのままアノード極として使用することも可能である。   In addition, a plate-like or linear 11-group metal catalyst can be used as an anode electrode as it is.

水素発生方法
本発明の水素発生方法では、アノード極とカソード極を配置した電解槽中に、上記した原料溶液(電解液)を供給し、外部回路を用いてアノード極とカソード極を電気的に結合すればよい。
Hydrogen generation method In the hydrogen generation method of the present invention, the above raw material solution (electrolyte) is supplied into an electrolytic cell in which an anode and a cathode are arranged, and the anode and the cathode are electrically connected using an external circuit. What is necessary is just to combine.

この方法では、開回路時のカソード極の電位よりアノード極の電位が低い場合には、外部回路を閉じることによって、カソード反応とアノード反応が自発的に進行する。この場合には、水素発生と同時に、カソード電位とアノード電位の電位差を電気エネルギーとして取得できる。このため、原料とする水素化物から、高いエネルギー変換効率で化学エネルギーと電気エネルギーを得ることが可能となる。更に、水素発生のために外部電源が不要であり、装置の構造を簡略化できるという利点もある。この場合、カソード極に対するアノード極の電位が低くなる程、発生する水素量が減少するので、通常は、カソード極に対するアノード極の電位は−0.05V程度より高い電位とすることが好ましい。   In this method, when the potential of the anode electrode is lower than the potential of the cathode electrode during the open circuit, the cathode reaction and the anode reaction proceed spontaneously by closing the external circuit. In this case, the potential difference between the cathode potential and the anode potential can be acquired as electric energy simultaneously with the generation of hydrogen. For this reason, it becomes possible to obtain chemical energy and electrical energy with high energy conversion efficiency from the hydride used as a raw material. Further, there is an advantage that an external power source is unnecessary for hydrogen generation, and the structure of the apparatus can be simplified. In this case, as the potential of the anode electrode with respect to the cathode electrode decreases, the amount of hydrogen generated decreases. Therefore, it is usually preferable that the potential of the anode electrode with respect to the cathode electrode be higher than about -0.05V.

一方、開回路時のアノード極の電位がカソード極の電位より高い場合には、外部電源を用いて、アノード極の電位をより高くすることによって、水素発生反応を進行させることができる。この際、アノード極の電位を調整することによって、水素発生速度、水素発生量などを制御することが可能である。この場合のアノード極の電位については、高くする程発生する水素量が増加するが、電力消費量が増大するので、通常、カソード極に対するアノード極の電位を0.6V以下程度とすることが適当であり、0.25V〜0.35V程度とすることが好ましい。   On the other hand, when the potential of the anode electrode in the open circuit is higher than the potential of the cathode electrode, the hydrogen generation reaction can proceed by increasing the potential of the anode electrode using an external power source. At this time, it is possible to control the hydrogen generation rate, the hydrogen generation amount, and the like by adjusting the potential of the anode electrode. In this case, the higher the potential of the anode electrode, the more hydrogen is generated, but the power consumption increases. Therefore, it is usually appropriate that the potential of the anode electrode with respect to the cathode electrode is about 0.6 V or less. It is preferably about 0.25V to 0.35V.

反応温度については特に限定的ではなく、通常は、室温で反応を進行させることができる。   The reaction temperature is not particularly limited, and the reaction can usually proceed at room temperature.

本発明の水素発生方法では、電解槽としては、上記したカソード極とアノード極を同時に配置でき、且つ原料として用いる水素化物と水酸化物を含む溶液を安定に収容できるものであれば特に限定なく使用できる。例えば、丸型、箱形などの任意の形状の電解槽を用いることができる。また、電解槽の材質についても、特に限定はなく、ステンレスなどの金属製、ポリプロピレンなどの樹脂製等の電解液を安定に収容できるものであればよい。   In the hydrogen generation method of the present invention, the electrolytic cell is not particularly limited as long as the above-described cathode electrode and anode electrode can be disposed simultaneously and can stably contain a solution containing a hydride and a hydroxide used as raw materials. Can be used. For example, an electrolytic cell having an arbitrary shape such as a round shape or a box shape can be used. The material of the electrolytic cell is not particularly limited as long as it can stably accommodate an electrolytic solution made of metal such as stainless steel or resin such as polypropylene.

本発明の水素発生方法では、カソード極側の電解液とアノード極側の電解液として、いずれも水素化物と水酸化物を含む溶液を用いるので、カソード極とアノード極の間に隔膜を配置しない一室型の電解槽を用いることが可能である。図1は、一室型の電解槽を用いた水素発生装置の概略の構造を示す模式図である。本発明の水素発生方法においてカソード極用触媒として用いるルテニウム酸化物は、原料として用いる水素化物の化学的酸化反応に対する活性が非常に低い物質であり、図1に示す隔膜を配置しない一室型の電解槽を用いる場合であっても、カソード極において水素化物の自己分解反応が進行することが殆どない。このため、一室型の簡単な構造の水素発生装置においても、外部回路の開閉状態やカソード極に対するアノード極の電位を調整することによって、水素発生速度、水素発生量などを制御することが可能となる。   In the hydrogen generation method of the present invention, since a solution containing a hydride and a hydroxide is used as both the electrolyte solution on the cathode electrode side and the electrolyte solution on the anode electrode side, no diaphragm is disposed between the cathode electrode and the anode electrode. A one-chamber electrolytic cell can be used. FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic structure of a hydrogen generator using a one-chamber electrolytic cell. The ruthenium oxide used as the cathode electrode catalyst in the hydrogen generation method of the present invention is a substance having a very low activity against the chemical oxidation reaction of the hydride used as a raw material, and is a one-chamber type without the diaphragm shown in FIG. Even in the case of using an electrolytic cell, the hydride self-decomposition reaction hardly occurs at the cathode electrode. For this reason, even in a one-chamber type hydrogen generator with a simple structure, it is possible to control the hydrogen generation rate, hydrogen generation amount, etc. by adjusting the open / close state of the external circuit and the potential of the anode with respect to the cathode It becomes.

上記した水素発生装置には、更に、必要に応じて、原料入口、発生水素排出口等を設けることができる。これらの各部材を含む水素発生装置の構造は、公知の水素発生装置と同様でよく、例えば、特開2005−71645号公報に記載されている水素発生装置と同様の構造とすることができる。   The above-described hydrogen generator can further be provided with a raw material inlet, a generated hydrogen discharge port, and the like as necessary. The structure of the hydrogen generator including these members may be the same as that of a known hydrogen generator. For example, the structure of the hydrogen generator described in JP-A-2005-71645 can be used.

上記した水素発生装置を用いて発生した水素の用途については特に限定はないが、例えば、燃料電池の燃料等として用いることができる。この場合には、例えば、水素排出口を水素供給ラインに接合して、発生した水素を燃料電池に供給すればよい。   Although there is no limitation in particular about the use of the hydrogen generated using the above-mentioned hydrogen generator, for example, it can be used as a fuel of a fuel cell. In this case, for example, the hydrogen discharge port may be joined to the hydrogen supply line and the generated hydrogen may be supplied to the fuel cell.

本発明の水素発生方法によれば、アノード極側の電解液とカソード極側の電解液を区別することなく、水素化物と水酸化物を含む溶液を共通の電解液として用いて、水素発生反応を制御良く進行させることができる。   According to the hydrogen generation method of the present invention, a hydrogen generation reaction is performed using a solution containing a hydride and a hydroxide as a common electrolyte without distinguishing between an electrolyte on the anode side and an electrolyte on the cathode side. Can be controlled with good control.

特に、アノード極用触媒として、開回路時のカソード極の電位よりアノード極の電位が低くなる触媒を用いる場合には、外部回路を閉じることによって、カソード反応とアノード反応を自発的に進行させることができ、水素発生と同時に、カソード電位とアノード電位の電位差を電気エネルギーとして取得できる。このため、原料とする水素化物から、高いエネルギー変換効率で化学エネルギーと電気エネルギーを得ることが可能となる。更に、水素発生のために外部電源が不要であり、装置の構造を簡略化できるという利点もある。   In particular, when a catalyst whose anode electrode potential is lower than that of the cathode electrode during the open circuit is used as the anode electrode catalyst, the cathode reaction and the anode reaction are allowed to proceed spontaneously by closing the external circuit. Simultaneously with the generation of hydrogen, the potential difference between the cathode potential and the anode potential can be acquired as electric energy. For this reason, it becomes possible to obtain chemical energy and electrical energy with high energy conversion efficiency from the hydride used as a raw material. Further, there is an advantage that an external power source is unnecessary for hydrogen generation, and the structure of the apparatus can be simplified.

また、本発明の水素発生方法によれば、隔膜を配置しない一室からなる電解槽を用いることが可能であり、この場合には、簡単な構造の水素発生装置によって、水素発生反応を制御よく進行させることができ、水素発生量、水素発生速度などを容易に制御することができる。   In addition, according to the hydrogen generation method of the present invention, it is possible to use an electrolytic cell consisting of a single chamber without a diaphragm. In this case, the hydrogen generation reaction can be controlled with a simple hydrogen generator. The amount of hydrogen generation, the rate of hydrogen generation, etc. can be easily controlled.

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

参考例1:ルテニウム酸化物のプロトン還元能
市販のルテニウム酸化物(RuO)5 mgを0.5 mLの混合溶媒(水:エタノール = 1 :
1)に懸濁させた後、5 μLの5 % Nafion溶液 (Aldrich製)を加えた。この懸濁液を5分
間超音波洗浄器に掛けることで、よく分散させた後、グラッシーカーボン電極(表面積 =
0.071 cm2)の上に2 μLのせて乾燥させた。
Reference Example 1: Proton reducing ability of ruthenium oxide 5 mg of commercially available ruthenium oxide (RuO 2 ) in 0.5 mL mixed solvent (water: ethanol = 1:
After suspending in 1), 5 μL of 5% Nafion solution (manufactured by Aldrich) was added. This suspension is placed in an ultrasonic cleaner for 5 minutes to disperse well, and then a glassy carbon electrode (surface area =
2 μL on 0.071 cm 2 ) and dried.

このようにして作製した電極について、水素化ホウ素イオン存在時と非存在時における水素発生活性を、エー・エル・エス製のポテンショスタット(ALS model 711B)を用いて以下の方法で測定した。   With respect to the electrode thus prepared, the hydrogen generation activity in the presence and absence of borohydride ions was measured by the following method using a potentiostat (ALS model 711B) manufactured by ALS.

ルテニウム酸化物を塗布したグラッシーカーボン電極を作用電極とし、白金電極を対極、Ag/AgCl/KCl(sat.)電極を参照電極として用いた。電解液としては0.1 M NaOHを用いた
。この条件でサイクリックボルタンメトリーを測定した。次に、上記溶液に1 mMになるようにNaBH4を加えた後、電極を3600rpmの速度で回転させながらリニアスイープボルタ
メトリーを測定した。
A glassy carbon electrode coated with ruthenium oxide was used as a working electrode, a platinum electrode as a counter electrode, and an Ag / AgCl / KCl (sat.) Electrode as a reference electrode. As the electrolytic solution, 0.1 M NaOH was used. Cyclic voltammetry was measured under these conditions. Next, NaBH 4 was added to the above solution to 1 mM, and linear sweep voltammetry was measured while rotating the electrode at a speed of 3600 rpm.

結果を図2に示す。曲線Aは、NaBH4を含まない電解液についてのサイクリックボルタモグラム、曲線Bは1 mMのNaBH4を含む電解液についてのリニアスイープボルタモグラムである。 The results are shown in FIG. Curve A is a cyclic voltammogram for an electrolyte containing no NaBH 4 , and curve B is a linear sweep voltammogram for an electrolyte containing 1 mM NaBH 4 .

曲線AとBでは、ともに-1.0 V付近から還元電流が流れはじめ、水の還元による水素の発生が生じていることがわかる。NaBH4を含む電解液について測定した曲線Bから明らかなように、NaBH4の存在下でも、NaBH4の酸化電流はほとんど流れないことがわかる。この結果から、ルテニウム酸化物はNaBH4の酸化反応を生じさせることなく、電気化学的反応によ
る水素発生に対して活性を有する触媒であることが明らかになった。
In curves A and B, it can be seen that the reduction current begins to flow from around -1.0 V, and hydrogen is generated due to the reduction of water. NaBH 4 As is apparent from the curve B measured for electrolyte containing, in the presence of NaBH 4, oxidation current of NaBH 4 it can be seen that hardly flows. From this result, it became clear that ruthenium oxide is a catalyst having activity against hydrogen generation by electrochemical reaction without causing oxidation reaction of NaBH 4 .

実施例1〜7:一室型水素発生装置による水素発生実験
参考例1で作製したルテニウム酸化物の懸濁液0.2 mLをグラッシーカーボン電極(実効表面積 = 4.5 cm2)にのせて乾燥させることによってカソード極を作製した。
Examples 1 to 7: Hydrogen generation experiment using a single-chamber hydrogen generator 0.2 ml of the ruthenium oxide suspension prepared in Reference Example 1 was placed on a glassy carbon electrode (effective surface area = 4.5 cm 2 ) and dried. Thus, a cathode electrode was produced.

一方、下記表1に示す各アノード極用触媒を用いること以外は、カソード極の作製方法
と同様にして、アノード極を作製した。但し、実施例6と7のアノード極については、金又は銀の平板(実効表面積 = 4.5 cm2)を用いた。
On the other hand, an anode electrode was produced in the same manner as the cathode electrode production method except that each anode electrode catalyst shown in Table 1 below was used. However, for the anodes of Examples 6 and 7, a gold or silver flat plate (effective surface area = 4.5 cm 2 ) was used.

10 mMのNaBH4を含む0.1MのNaOH水溶液を、図1に示すシリコン栓で密封されたガラス容器に入れた。アルゴンパージすることにより上記水溶液から溶存酸素を除去した後、この溶液中に、上記した方法で作製したカソード極とアノード極を浸漬した。ガスの出口を塞いで100分間放置し、気相中の水素ガスを定量した。 A 0.1 M NaOH aqueous solution containing 10 mM NaBH 4 was put in a glass container sealed with a silicon stopper shown in FIG. After removing dissolved oxygen from the aqueous solution by purging with argon, the cathode and anode prepared by the method described above were immersed in the solution. The gas outlet was closed and allowed to stand for 100 minutes to quantify hydrogen gas in the gas phase.

次いで、再度電解液を窒素パージした後、カソード極に対するアノード極の電位が0.3Vとなるように両極間に電圧を加えた後、気相中の水素ガスを定量した。尚、気相中の水素ガスの定量は、実施例1については33分後、実施例2については83分後、実施例3については100分後、実施例4については85分後、実施例5については67分後に行った。また、
実施例6については、カソード極に対するアノード極の電位が0.5Vとなるように両極間に電圧を加えた後、100分後に水素ガス量を定量し、実施例7については、カソード極に対するアノード極の電位が0.6Vになるように両極間に電圧を加えた後、67分後に水
素ガス量を定量した。
Next, after the electrolytic solution was purged with nitrogen again, a voltage was applied between both electrodes so that the potential of the anode with respect to the cathode was 0.3 V, and then the hydrogen gas in the gas phase was quantified. The determination of hydrogen gas in the gas phase was performed after 33 minutes for Example 1, 83 minutes for Example 2, 100 minutes for Example 3, and 85 minutes for Example 4. 5 was done 67 minutes later. Also,
For Example 6, a voltage was applied between both electrodes so that the potential of the anode electrode with respect to the cathode electrode was 0.5 V, and then the amount of hydrogen gas was quantified 100 minutes later. A voltage was applied between the electrodes so that the electrode potential was 0.6 V, and the amount of hydrogen gas was determined 67 minutes later.

下記表1に、電圧を印加しない開回路状態の場合と電圧を印加した場合について単位時間当たりの水素発生量、電圧を加えることによる増加比(電圧印加後の水素量/電圧をか
けない開回路状態のときの水素量)、及び移動した電子のモル数を示す。増加比(電解後の水素量/電圧をかけない開回路状態のときの水素量)が高く、電解後の水素量が高いも
のがよりよい水素発生装置と考えられる。
Table 1 below shows the amount of hydrogen generated per unit time and the increase ratio by applying voltage (open circuit without applying voltage / voltage applied when voltage is applied). The amount of hydrogen in the state) and the number of moles of electrons transferred. A hydrogen generating device having a high increase ratio (amount of hydrogen after electrolysis / amount of hydrogen in an open circuit state where no voltage is applied) and a high amount of hydrogen after electrolysis is considered to be a better hydrogen generator.

Figure 2010144206
Figure 2010144206

以上より、実施例1〜7のいずれのアノード極用触媒を用いた場合にも、電圧をかけていない開回路状態では、水素ガス発生量が少ないが、電圧をかけると電流が流れて水素ガス発生量を大きく増加することができることが明らかとなった。従って、この装置は、少しの電圧をかけるだけで水素発生反応を進行させることができる制御可能な水素発生装置といえる。   From the above, even when any of the anode electrode catalysts of Examples 1 to 7 is used, in the open circuit state where no voltage is applied, the amount of hydrogen gas generated is small, but when a voltage is applied, current flows and hydrogen gas is generated. It became clear that the generation amount can be greatly increased. Therefore, this apparatus can be said to be a controllable hydrogen generating apparatus that can advance the hydrogen generating reaction with a small voltage.

実施例8
市販のルテニウム酸化物(RuO)5.2 mgを0.5 mLの混合溶媒(水:エタノール = 1
: 1)に懸濁させた後、5 μLの5 % Nafion溶液 (Aldrich製)を加えた。この懸濁液を5
分間超音波洗浄器に掛けることで、よく分散させた後、グラッシーカーボン電極(表面積
= 0.071 cm2)の上に2 μLのせて乾燥させることによってカソード極を作製した。
Example 8
Commercially available ruthenium oxide (RuO 2 ) (5.2 mg) in 0.5 mL mixed solvent (water: ethanol = 1
: After suspension in 1), 5 μL of 5% Nafion solution (manufactured by Aldrich) was added. 5 of this suspension
The glassy carbon electrode (surface area)
= 0.071 cm 2 ) 2 μL on the cathode and dried.

一方、アノード極用触媒として、実施例1(ロジウムオクタエチルポルフィリン)及び
実施例4(ロジウムヘマトポルフィリン)の各金属錯体を用い、上記したカソード極の作
製方法と同様にして、アノード極を作製した。
On the other hand, as an anode electrode catalyst, each of the metal complexes of Example 1 (rhodium octaethylporphyrin) and Example 4 (rhodium hematoporphyrin) was used to prepare an anode electrode in the same manner as the above cathode electrode preparation method. .

10 mMのNaBH4を含む0.1MのNaOH水溶液を、図1に示すシリコン栓で密封されたガラス容器に入れた。窒素パージすることにより上記水溶液から溶存酸素を除去した後、上記したカソード極とアノード極を浸した。RuO2の充電容量の影響を排するため、最初に0.1μAの電流を流し充電容量をすべて充電させて電圧を安定させた後、電位-電流曲線を測定した
。電位については、電流を変えてから1分後の値を記録した。結果を図3に示す。
A 0.1 M NaOH aqueous solution containing 10 mM NaBH 4 was put in a glass container sealed with a silicon stopper shown in FIG. After removing the dissolved oxygen from the aqueous solution by purging with nitrogen, the cathode electrode and the anode electrode were immersed. In order to eliminate the influence of the charge capacity of RuO 2 , a current of 0.1 μA was first flowed to charge all the charge capacity to stabilize the voltage, and then the potential-current curve was measured. As for the potential, a value one minute after changing the current was recorded. The results are shown in FIG.

図3から明らかなように、この電位領域では、発電しながら水素発生が起こっていることがわかる。   As is apparent from FIG. 3, it can be seen that in this potential region, hydrogen generation occurs while generating power.

本発明の一室型水素発生装置の一実施形態を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one Embodiment of the one-chamber type hydrogen generator of this invention. 参考例1で測定したボルタモグラムである。2 is a voltammogram measured in Reference Example 1. 実施例8で測定した電位-電流曲線を示すグラフである。10 is a graph showing a potential-current curve measured in Example 8.

Claims (6)

水素化物と水酸化物を含む電解液中において、水素化物の電気化学的酸化反応を含むアノード反応と、プロトンの還元による水素発生反応を含むカソード反応を生じさせることによる水素発生方法であって、カソード極用触媒としてルテニウム酸化物を用いることを特徴とする方法。 A method for generating hydrogen by causing an anode reaction including an electrochemical oxidation reaction of a hydride and a cathode reaction including a hydrogen generation reaction by reduction of protons in an electrolyte solution containing a hydride and a hydroxide, A method comprising using ruthenium oxide as a cathode electrode catalyst. ルテニウム酸化物が、組成式:RuO・xHO(xは0〜4の数値である)で表される化合物である請求項1に記載の水素発生方法。 The method for generating hydrogen according to claim 1, wherein the ruthenium oxide is a compound represented by a composition formula: RuO 2 .xH 2 O (x is a numerical value of 0 to 4). アノード極用触媒が、ロジウム、ルテニウム又はイリジウムを含み、配位子として、窒素含有多環式化合物又はCOを含む金属錯体からなる触媒、又は周期表11族に属する元素からなる金属状態の触媒である請求項1又は2に記載の水素発生方法。 The anode catalyst is a catalyst comprising rhodium, ruthenium or iridium, comprising a metal complex containing nitrogen-containing polycyclic compound or CO as a ligand, or a metal catalyst comprising an element belonging to Group 11 of the periodic table. The method for generating hydrogen according to claim 1 or 2. 水素化物が、一般式:X(YH4-nZn)(式中、Xは、アルカリ金属、NH4、又はM1/2(式中、Mはアルカリ土類金属である)であり、YはB, Al 又はGaであり、Zはハロゲン原子又は一価の炭化水素基であり、nは0〜3の整数である)で表される化合物であり、水酸化物が、一般式:AOH(式中、Aは、アルカリ金属、NH4、又はM1/2(式中、Mはアルカリ土類金属
である)である)で表される化合物である、請求項1〜3のいずれかに記載の水素発生方法。
The hydride is of the general formula: X (YH 4-n Z n ), where X is an alkali metal, NH 4 , or M 1/2 , where M is an alkaline earth metal; Y is B, Al or Ga, Z is a halogen atom or a monovalent hydrocarbon group, and n is an integer of 0 to 3, and the hydroxide has the general formula: Any one of claims 1 to 3, which is a compound represented by AOH (wherein A is an alkali metal, NH 4 , or M 1/2 (wherein M is an alkaline earth metal)). The hydrogen generation method according to claim 1.
水素化物の電気化学的酸化反応及びプロトンの電気化学的還元反応を生じさせる電解槽と、該電解槽中に挿入されたアノード極及びカソード極とを有する水素発生装置であって、カソード極用触媒としてルテニウム酸化物を用いることを特徴とする水素発生装置。 A hydrogen generator comprising an electrolytic cell for causing an electrochemical oxidation reaction of a hydride and an electrochemical reduction reaction of a proton, and an anode electrode and a cathode electrode inserted into the electrolytic cell, the catalyst for a cathode electrode A hydrogen generator characterized by using ruthenium oxide. 電解槽がアノード極とカソード極とを分離する隔膜を有しない一室構造である請求項5に記載の水素発生装置。 The hydrogen generator according to claim 5, wherein the electrolytic cell has a one-chamber structure having no diaphragm for separating the anode and the cathode.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012148225A (en) * 2011-01-18 2012-08-09 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology Catalyst for electrochemical oxidation of hydride
WO2017064279A1 (en) * 2015-10-14 2017-04-20 Dublin City University Porphyrins as electrocatalysts and electrodes modified with same
CN113073336A (en) * 2021-03-26 2021-07-06 浙江工业大学 RuO2Foamed nickel composite electrode and preparation method and application thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003500319A (en) * 1999-05-12 2003-01-07 プロテジー リミテッド Energy production, storage and transport systems
WO2004048643A1 (en) * 2002-11-27 2004-06-10 Asahi Kasei Chemicals Corporation Bipolar zero-gap electrolytic cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003500319A (en) * 1999-05-12 2003-01-07 プロテジー リミテッド Energy production, storage and transport systems
WO2004048643A1 (en) * 2002-11-27 2004-06-10 Asahi Kasei Chemicals Corporation Bipolar zero-gap electrolytic cell

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012148225A (en) * 2011-01-18 2012-08-09 National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology Catalyst for electrochemical oxidation of hydride
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