JP2015534607A - Electrolytic electrode catalyst - Google Patents

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Abstract

本発明は、電気分解電極触媒、並びに電気分解プロセス、例えば水の電気分解、より詳しくは水電解槽のカソードにおいて水素を生成させるため、又は水電解槽のアノードにおいて酸素を生成させるためのそれらの使用、並びにかかる電極触媒を含む水電解槽に関する。本発明において用いる電極触媒は、パラジウムとイリジウムの組合せを含む。【選択図】図1The present invention relates to electrolysis electrocatalysts and electrolysis processes, such as electrolysis of water, more particularly to produce hydrogen at the cathode of a water electrolysis cell or to produce oxygen at the anode of a water electrolysis cell. Use and to a water electrolyzer containing such an electrode catalyst. The electrode catalyst used in the present invention contains a combination of palladium and iridium. [Selection] Figure 1

Description

本発明は、水の電気分解のような電気分解プロセスにおいて用いるための電極触媒に関する。水の電気分解の関連においては、本発明は、電解槽のカソードにおいて水素を生成させるため、或いは電解槽のアノードにおいて酸素を生成させるためのかかる電極触媒の使用、並びにかかる電極触媒を含む水電解槽に関する。   The present invention relates to an electrocatalyst for use in an electrolysis process, such as electrolysis of water. In the context of water electrolysis, the present invention relates to the use of such an electrocatalyst to produce hydrogen at the cathode of the electrolyzer or to produce oxygen at the anode of the electrolyzer, as well as water electrolysis comprising such an electrocatalyst. Regarding the tank.

多数の電気分解プロセスが工業的に有用な用途を有する。例えば、水の電気分解は水素及び酸素の供給源を与える。或いは、塩化ナトリウムを含む水の電気分解は、水素、塩素、及び水酸化ナトリウムの供給源を与える。   A number of electrolysis processes have industrially useful applications. For example, electrolysis of water provides a source of hydrogen and oxygen. Alternatively, electrolysis of water containing sodium chloride provides a source of hydrogen, chlorine, and sodium hydroxide.

水電気分解プロセスは、基本的には水をその構成要素に分解することを伴うが、水の電気分解を用いる他の化学反応も可能である。水電解槽においては、水はその構成要素:水素(気体)及び酸素(気体)に分解される。電解槽は、実質的に、カソード、アノード、及び電解質を含む。水素は、カソードにおいて水素放出反応(HER)によって生成する。酸素は、アノードにおいて酸素放出反応(OER)によって生成する。   The water electrolysis process basically involves breaking down water into its components, but other chemical reactions using water electrolysis are possible. In the water electrolyzer, water is decomposed into its constituent components: hydrogen (gas) and oxygen (gas). The electrolytic cell substantially includes a cathode, an anode, and an electrolyte. Hydrogen is produced by a hydrogen releasing reaction (HER) at the cathode. Oxygen is produced at the anode by an oxygen release reaction (OER).

酸性媒体中においては、半電池反応及び全反応は、
アノード:2HO(液体) → O(気体)+4H+4e
カソード:4H+4e → 2H
全体:HO(液体)→H(気体)+1/2O(気体)
である。
In acidic media, the half-cell reaction and the total reaction are
Anode: 2H 2 O (liquid) → O 2 (gas) + 4H + + 4e
Cathode: 4H + + 4e → 2H 2
Overall: H 2 O (liquid) → H 2 (gas) + 1 / 2O 2 (gas)
It is.

アルカリ性媒体中においては、半電池反応及び全反応は、
アノード:2OH→1/2O(気体)+HO+2e
カソード:2H+2e→H(気体)
全体:HO(液体)→H(気体)+1/2O(気体)
である。
In an alkaline medium, the half-cell reaction and all reactions are
Anode: 2OH → 1 / 2O 2 (gas) + H 2 O + 2e
Cathode: 2H + + 2e → H 2 (gas)
Overall: H 2 O (liquid) → H 2 (gas) + 1 / 2O 2 (gas)
It is.

他の電気分解化学反応としては塩素アルカリプロセスが挙げられ、ここでは半電池反応及び全反応は、
アノード:2Cl→Cl(気体)+2e
カソード:2HO+2e→H+2OH
全体:2HO(液体)+2NaCl(水溶液)→2NaOH(水溶液)+H(気体)+Cl(気体)
である。
Other electrolysis chemical reactions include the chlor-alkali process, where the half-cell reaction and all reactions are
Anode: 2Cl → Cl 2 (gas) + 2e
Cathode: 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH
Overall: 2H 2 O (liquid) + 2NaCl (aqueous solution) → 2NaOH (aqueous solution) + H 2 (gas) + Cl 2 (gas)
It is.

通常は、塩素アルカリプロセスにおけるアノードは、通常は白金族金属酸化物などのルチル型酸化物触媒で被覆したチタンベースのものである。塩素アルカリカソードはしばしばニッケルベースのものであり、通常は過電圧を大きく減少させるために多少の白金族金属触媒を有している。より新しい方法としては、水酸化ナトリウムを生成させるための動力消費を大きく減少させる酸素ガス拡散電極が挙げられ、これも過電圧を大きく減少させるために触媒を用いている。   Usually, the anode in a chlor-alkali process is usually based on titanium coated with a rutile oxide catalyst such as a platinum group metal oxide. Chloralkali cathodes are often nickel-based and usually have some platinum group metal catalyst to greatly reduce overvoltage. Newer methods include oxygen gas diffusion electrodes that significantly reduce power consumption to produce sodium hydroxide, which also uses a catalyst to greatly reduce overvoltage.

電気塩素化、塩素放出、Kolbe反応、及び他の有機電気合成のようなアノード酸化、或いは電気メッキ、電気化学的ニトロ基還元、及び他の有機電気合成におけるカソード還元のような他の電気分解化学反応が存在する。例えば、Kolbe反応は、白金及び/又は白金合金の存在下でカルボン酸を電解脱カルボキシル化して、主として同様のラジカルの二量体化を引き起こす遊離基を生成させることを含む。幾つかの電気合成の概説は、Rautenbach, Daniel, "The Development of an Electrochemical Process for the Production of Para-Substituted Di-Hydroxy Benzenes", PhD Thesis, Nelson Mandela Metropolitan University, 2005年1月である。   Anodization such as electrochlorination, chlorine release, Kolbe reaction, and other organic electrosynthesis, or other electrolysis chemistry such as cathodic reduction in electroplating, electrochemical nitro group reduction, and other organic electrosynthesis There is a reaction. For example, the Kolbe reaction involves the electrolytic decarboxylation of carboxylic acids in the presence of platinum and / or platinum alloys to produce free radicals that primarily cause dimerization of similar radicals. An overview of some electrosynthesis is Rautenbach, Daniel, "The Development of an Electrochemical Process for the Production of Para-Substituted Di-Hydroxy Benzenes", PhD Thesis, Nelson Mandela Metropolitan University, January 2005.

この反応のためのエネルギーを与えるためにカソードとアノードの間に電気バイアスを存在させるが、この反応はしばしば、電気分解生成物の単位あたりでより低いエネルギー消費量で進行させるために両方の電極上での触媒作用によって促進される。例えば、水電解槽は大規模水素製造の魅力的で効率的な方法として見られているが、触媒を用いないで水を分解することは、同量の水素及び酸素を製造するために遙かに多いエネルギーを必要とする。更に、多くの電気分解プロセスにおいて用いられている触媒は高価である。電気分解プロセスのエネルギー消費を特に現在用いられている材料と比べて減少させる電極触媒が望ましい。現在用いられている材料と比べて同等の効率を維持しながら現在の材料よりも安価な電極触媒が望ましい。エネルギー消費及び材料コストの両方を減少させる電極触媒が非常に望ましい。   An electrical bias is present between the cathode and anode to provide energy for this reaction, but this reaction is often on both electrodes to proceed with a lower energy consumption per unit of electrolysis product. Promoted by catalysis at For example, water electrolysers are seen as an attractive and efficient method for large-scale hydrogen production, but cracking water without using a catalyst is much less likely to produce the same amount of hydrogen and oxygen. Requires a lot of energy. Furthermore, the catalysts used in many electrolysis processes are expensive. Electrocatalysts that reduce the energy consumption of the electrolysis process are particularly desirable compared to currently used materials. It is desirable to have an electrocatalyst that is less expensive than current materials while maintaining the same efficiency as currently used materials. Electrocatalysts that reduce both energy consumption and material costs are highly desirable.

基本的な水電解槽は、アノード、カソード、電解質、及び電流を供給する電力供給装置を含む。電力供給装置は電子をカソードへ流し続けて、そこで水素イオンがそれを消費して水素ガスを形成する。通常は、気体生成物を別々に保持して、それらを他の用途のために回収することができるようにするために、好適な隔膜が用いられる。この基本的な電解槽ユニットの複数のセルは、より多量の化学生成物、特に生成物ガスを生成させるために、単極又は双極配置のいずれにおいても直列に配することができる。アルカリ性の用途においては、電解質は殆どの場合に水酸化カリウムの溶液であり;酸性の用途に関しては、電解質はしばしば隔膜としても機能する固体ポリマー膜である。アルカリ性水電気分解の優れた概説は、K. Zeng, D. Zhang, Progress in Energy and Combustion Science 36 (2010) 307-326であり;通常の水電解槽の優れた例は、P. Milletら, International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009) 4974-4982に記載されている。   A basic water electrolyzer includes an anode, a cathode, an electrolyte, and a power supply that supplies current. The power supply continues to flow electrons to the cathode where hydrogen ions consume it to form hydrogen gas. Usually, suitable diaphragms are used to hold the gas products separately so that they can be recovered for other uses. The cells of this basic electrolyzer unit can be arranged in series in either a monopolar or bipolar arrangement in order to produce a larger amount of chemical products, in particular product gas. In alkaline applications, the electrolyte is most often a solution of potassium hydroxide; for acidic applications, the electrolyte is a solid polymer membrane that often also functions as a diaphragm. An excellent review of alkaline water electrolysis is K. Zeng, D. Zhang, Progress in Energy and Combustion Science 36 (2010) 307-326; an excellent example of a conventional water electrolyzer is P. Millet et al., It is described in International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009) 4974-4982.

塩素アルカリ産業においては、過去において3種類の異なるタイプのセル:水銀、膜、及び隔膜セルが用いられていた。塩素の製造に関与する反応の性質によって、アノードに関する電極材料の選択が制限される。チタンのような非反応性金属が電極基材としてしばしば用いられており、基材上に電極触媒が堆積される。しかしながら、カソード側においては、より広い範囲の選択が可能である。ニッケルがしばしば用いられ、これはしばしば、水電気分解の過電圧、及びしたがって必要なエネルギー投入量を低下させるために、白金又は他の白金族金属触媒で被覆又は他の形態で含侵する。   In the chlor-alkali industry, three different types of cells have been used in the past: mercury, membrane, and diaphragm cells. The nature of the reactions involved in the production of chlorine limits the choice of electrode material for the anode. Non-reactive metals such as titanium are often used as electrode substrates, and an electrode catalyst is deposited on the substrate. However, a wider range can be selected on the cathode side. Nickel is often used, which is often impregnated or otherwise impregnated with platinum or other platinum group metal catalysts to reduce the water electrolysis overvoltage and thus the required energy input.

Rautenbach, Daniel, "The Development of an Electrochemical Process for the Production of Para-Substituted Di-Hydroxy Benzenes", PhD Thesis, Nelson Mandela Metropolitan University, 2005年1月Rautenbach, Daniel, "The Development of an Electrochemical Process for the Production of Para-Substituted Di-Hydroxy Benzenes", PhD Thesis, Nelson Mandela Metropolitan University, January 2005 K. Zeng, Progress in Energy and Combustion Science 36 (2010) 307-326K. Zeng, Progress in Energy and Combustion Science 36 (2010) 307-326 P. Milletら, International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009) 4974-4982P. Millet et al., International Journal of Hydrogen Energy 34 (2009) 4974-4982

第1の形態においては、本発明は電気分解プロセスを触媒するための、パラジウム及びイリジウムを含む電極触媒の使用を提供する。
一態様においては、電気分解プロセスは電気合成プロセスである。電極触媒は、アノードの一部、カソードの一部、又は両方の電極の一部であってよい。
In a first aspect, the present invention provides the use of an electrocatalyst comprising palladium and iridium to catalyze an electrolysis process.
In one aspect, the electrolysis process is an electrosynthesis process. The electrocatalyst may be part of the anode, part of the cathode, or part of both electrodes.

一態様においては、電気分解プロセスは水の電気分解である。
一態様においては、電気分解プロセスは、塩化ナトリウム水溶液(塩水)の電気分解としても知られている塩素アルカリプロセスである。電極触媒は、アノードの一部、カソードの一部、又は両方の電極の一部であってよい。特定の態様においては、電極触媒は塩素アルカリプロセスのカソードにおいて用いる。
In one aspect, the electrolysis process is water electrolysis.
In one aspect, the electrolysis process is a chlor-alkali process, also known as electrolysis of aqueous sodium chloride (brine). The electrocatalyst may be part of the anode, part of the cathode, or part of both electrodes. In a particular embodiment, the electrocatalyst is used at the cathode of a chloralkali process.

一態様においては、電気分解プロセスはKolbe反応電気分解プロセスである。
一態様においては、電気分解プロセスは電気メッキプロセスである。
一態様においては、電気分解プロセスは電気亜鉛メッキプロセスである。
In one aspect, the electrolysis process is a Kolbe reaction electrolysis process.
In one aspect, the electrolysis process is an electroplating process.
In one aspect, the electrolysis process is an electrogalvanization process.

一態様においては、電気分解プロセスは、電極触媒によってプロセスの効率が向上するものである。
一態様においては、電極触媒は、水電解槽のような電気分解システムにおける電極の一部である。
In one aspect, the electrolysis process is one in which the efficiency of the process is improved by an electrocatalyst.
In one aspect, the electrocatalyst is part of an electrode in an electrolysis system such as a water electrolyzer.

一態様においては、水電解槽のカソードにおける水素の生成を触媒するために、パラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を用いる。カソードにおいて、本発明の電極触媒は、水素放出反応に関して白金と比べて同等か又はより大きい動的性能を示し、大きなコスト削減を与える。水電解槽のカソードにおいて水素が生成し、これを回収することができる。   In one embodiment, an electrocatalyst comprising palladium and iridium is used to catalyze the production of hydrogen at the cathode of the water electrolysis cell. At the cathode, the electrocatalyst of the present invention exhibits a dynamic performance comparable to or greater than that of platinum with respect to the hydrogen releasing reaction, and provides great cost savings. Hydrogen is produced at the cathode of the water electrolysis cell and can be recovered.

一態様においては、水電解槽のアノードにおける酸素の生成を触媒するために、パラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を用いる。アノードにおいて、本発明の電極触媒は、酸素放出反応に関して、酸化イリジウムと比べて動的性能を損なうことなく大きなコスト削減を与える。水電解槽のアノードにおいて酸素が生成し、これを回収することができる。   In one aspect, an electrocatalyst comprising palladium and iridium is used to catalyze the production of oxygen at the anode of the water electrolysis cell. At the anode, the electrocatalyst of the present invention provides significant cost savings for oxygen release reactions without compromising dynamic performance compared to iridium oxide. Oxygen is produced at the anode of the water electrolyzer and can be recovered.

更なる態様においては、水電解槽のカソードにおける水素の生成を触媒するため、及び水電解槽のアノードにおける酸素の生成を触媒するために、パラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を用いる。カソードにおいて生成する水素及びアノードにおいて生成する酸素は、いずれか又は両方を回収することができる。   In a further embodiment, an electrocatalyst comprising palladium and iridium is used to catalyze the production of hydrogen at the cathode of the water electrolyser and to catalyze the production of oxygen at the anode of the water electrolyser. Either or both of hydrogen produced at the cathode and oxygen produced at the anode can be recovered.

一態様においては、塩化ナトリウム水溶液の電気分解によって水素を生成させる電気分解システムのカソードにおける水素の生成を触媒するために、パラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を用いる。電気分解システムのカソードにおいて水素が生成し、これを回収することができる。   In one embodiment, an electrocatalyst comprising palladium and iridium is used to catalyze the production of hydrogen at the cathode of an electrolysis system that produces hydrogen by electrolysis of an aqueous sodium chloride solution. Hydrogen is produced at the cathode of the electrolysis system and can be recovered.

第2の形態においては、本発明はパラジウム及びイリジウムを含む電気分解電極触媒を提供する。例えば、電解槽は水電解槽であってよい。
第3の形態においては、本発明は、電極触媒がパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む電気分解システムを提供する。例えば、電気分解システムは水電解槽であってよい。
In a second form, the present invention provides an electrolysis electrocatalyst comprising palladium and iridium. For example, the electrolytic cell may be a water electrolytic cell.
In a third aspect, the present invention provides an electrolysis system wherein the electrocatalyst comprises an electrocatalyst comprising palladium and iridium. For example, the electrolysis system may be a water electrolysis cell.

一態様においては、電気分解システムは、カソード、アノード、及び1種類又は複数の電解質を含み、カソード又はアノード、或いはカソードとアノードの両方は、パラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む。   In one aspect, the electrolysis system includes a cathode, an anode, and one or more electrolytes, and the cathode or anode, or both the cathode and anode, include an electrocatalyst that includes palladium and iridium.

第4の形態においては、本発明は、
(i)アノード、カソード、及び1種類又は複数の電解質を含み、アノード及びカソードの少なくとも1つはパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む水電解槽を与え;
(ii)水電解槽を水と接触させ;そして
(iii)水素及び/又は酸素を生成させる;
工程を含む、水を電気分解する方法を提供する。
In a fourth aspect, the present invention provides
(I) providing a water electrolyzer comprising an anode, a cathode, and one or more electrolytes, wherein at least one of the anode and cathode comprises an electrocatalyst comprising palladium and iridium;
(Ii) contacting the water electrolyzer with water; and (iii) producing hydrogen and / or oxygen;
A method of electrolyzing water comprising the steps is provided.

或いは、本発明は、
(i)アノード、カソード、及び1種類又は複数の電解質を含み、アノード及びカソードの少なくとも1つはパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む電気分解システムを与え;
(ii)カソード及びアノードを1種類又は複数の電解質と接触させ、ここで電解質の少なくとも1つは塩化ナトリウム水溶液を含み;そして
(iii)水素及び/又は塩素及び/又は水酸化ナトリウムを生成させる;
工程を含む、塩化ナトリウム水溶液を電気分解する方法を提供する。
Alternatively, the present invention
(I) providing an electrolysis system comprising an anode, a cathode, and one or more electrolytes, wherein at least one of the anode and cathode comprises an electrocatalyst comprising palladium and iridium;
(Ii) contacting the cathode and anode with one or more electrolytes, wherein at least one of the electrolytes comprises an aqueous sodium chloride solution; and (iii) producing hydrogen and / or chlorine and / or sodium hydroxide;
A method is provided for electrolyzing an aqueous sodium chloride solution comprising a step.

例えば、アノードを塩化ナトリウム溶液と接触させることができ、カソードを濃水酸化ナトリウムと接触させることができる。
第4の形態の任意の態様においては、水素及び/又は塩素及び/又は水酸化ナトリウムの生成は、カソードとアノードの間に電気バイアスを生成させることによって行う電気分解工程によって達成される。
For example, the anode can be contacted with a sodium chloride solution and the cathode can be contacted with concentrated sodium hydroxide.
In an optional aspect of the fourth aspect, the production of hydrogen and / or chlorine and / or sodium hydroxide is accomplished by an electrolysis process performed by creating an electrical bias between the cathode and the anode.

第4の態様においては、本発明は、
(i)アノード、カソード、及び1種類又は複数の電解質を含み、アノード及びカソードの少なくとも1つはパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む電気分解システムを与え;
(ii)カソード及びアノードを1種類又は複数の電解質と接触させ;
(iii)電流を電気分解システムに流し;そして
(iv)電気分解生成物及び/又は物質の新しい状態を生成させる;
工程を含む、任意の好適な投入物を電気分解する方法を提供する。
In a fourth aspect, the present invention provides:
(I) providing an electrolysis system comprising an anode, a cathode, and one or more electrolytes, wherein at least one of the anode and cathode comprises an electrocatalyst comprising palladium and iridium;
(Ii) contacting the cathode and anode with one or more electrolytes;
(Iii) passing an electric current through the electrolysis system; and (iv) generating a new state of the electrolysis product and / or material;
A method of electrolyzing any suitable input comprising the steps is provided.

第5の形態においては、本発明は、
(i)アノード、カソード、及び1種類又は複数の電解質を含み、ここでアノード及びカソードの少なくとも1つはパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む水電解槽を与え;
(ii)水電解槽を水と接触させ;そして
(iii)水を電気分解して水素及び/又は酸素を生成させる;
工程を含む、水素及び/又は酸素を製造する方法を提供する。
In a fifth aspect, the present invention provides:
(I) providing a water electrolyzer comprising an anode, a cathode, and one or more electrolytes, wherein at least one of the anode and cathode comprises an electrocatalyst comprising palladium and iridium;
(Ii) contacting the water electrolyzer with water; and (iii) electrolyzing the water to produce hydrogen and / or oxygen;
A method for producing hydrogen and / or oxygen comprising the steps is provided.

或いは、本発明は、
(i)アノード、カソード、及び1種類又は複数の電解質を含み、ここでアノード及びカソードの少なくとも1つはパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む電気分解システムを与え;
(ii)カソード及びアノードを1種類又は複数の電解質と接触させ、ここで電解質の少なくとも1つは塩化ナトリウム水溶液であり;そして
(iii)系を電気分解して水素及び/又は塩素及び/又は水酸化ナトリウムを生成させる;
工程を含む、水素及び/又は塩素及び/又は水酸化ナトリウムを製造する方法を提供する。
Alternatively, the present invention
(I) providing an electrolysis system comprising an anode, a cathode, and one or more electrolytes, wherein at least one of the anode and cathode comprises an electrocatalyst comprising palladium and iridium;
(Ii) contacting the cathode and anode with one or more electrolytes, wherein at least one of the electrolytes is an aqueous sodium chloride solution; and (iii) electrolyzing the system to hydrogen and / or chlorine and / or water Producing sodium oxide;
A method for producing hydrogen and / or chlorine and / or sodium hydroxide comprising a step is provided.

例えば、上記の方法には、アノードを塩化ナトリウム水溶液と接触させ、カソードを濃水酸化ナトリウムと接触させることを含ませることができる。
一態様においては、電気分解工程は、カソードとアノードの間に電気バイアスを生成させることによって行う。
For example, the above method can include contacting the anode with an aqueous sodium chloride solution and contacting the cathode with concentrated sodium hydroxide.
In one aspect, the electrolysis step is performed by generating an electrical bias between the cathode and the anode.

第6の態様においては、本発明は、カソード、アノード、及び1種類又は複数の電解質を組み立てることを含み、カソード、アノード、又はカソードとアノードの両方は、パラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む、電気分解システムを製造する方法を提供する。   In a sixth aspect, the present invention includes assembling a cathode, an anode, and one or more electrolytes, wherein the cathode, anode, or both cathode and anode include an electrocatalyst comprising palladium and iridium. A method of manufacturing an electrolysis system is provided.

更なる形態においては、本発明は、電気分解プロセスによって水素を製造するための、パラジウム及びイリジウムを含むカソード電極触媒の使用を提供する。かかる使用には、水の電気分解又は塩化ナトリウム水溶液の電気分解を含ませることができる。   In a further aspect, the present invention provides the use of a cathode electrocatalyst comprising palladium and iridium for producing hydrogen by an electrolysis process. Such use can include electrolysis of water or electrolysis of aqueous sodium chloride.

更なる形態においては、本発明は、水の電気分解によって酸素を製造するための、パラジウム及びイリジウムを含むアノード電極触媒の使用を提供する。
更なる形態においては、本発明は、パラジウム及びイリジウムを含む電気分解カソード電極触媒を提供する。
In a further aspect, the present invention provides the use of an anode electrocatalyst comprising palladium and iridium for producing oxygen by electrolysis of water.
In a further aspect, the present invention provides an electrolysis cathode electrocatalyst comprising palladium and iridium.

更なる形態においては、本発明は、パラジウム及びイリジウムを含む電気分解アノード電極触媒を提供する。
本発明の全ての形態において、電気分解システムは、水電解槽のような任意の電気分解システムであってよい。
In a further aspect, the present invention provides an electrolytic anode electrocatalyst comprising palladium and iridium.
In all aspects of the invention, the electrolysis system may be any electrolysis system such as a water electrolyzer.

本発明の電気分解は、天然ガスインフラストラクチャー、燃料補給ステーション、エネルギー貯蔵所等への供給のような数多くの用途において用いることができる。   The electrolysis of the present invention can be used in numerous applications such as supply to natural gas infrastructure, refueling stations, energy depots, and the like.

図1は、HERのための酸性半電池装置において、本発明を白金と比較するものである。FIG. 1 compares the present invention with platinum in an acidic half-cell device for HER. 図2は、酸性雰囲気における酸素放出反応に関する本発明の有効性を示す。FIG. 2 shows the effectiveness of the present invention for an oxygen release reaction in an acidic atmosphere. 図3は、酸性雰囲気において水電解槽カソードに関して、パラジウムに富む触媒種を用いることの有効性を示す。FIG. 3 shows the effectiveness of using palladium rich catalyst species for the water electrolysis cell cathode in an acidic atmosphere. 図4は、白金−イリジウム電極触媒は、酸性雰囲気中だけでなくアルカリ性条件下においても用いて水素を生成させることができることを示す。FIG. 4 shows that the platinum-iridium electrocatalyst can be used to generate hydrogen not only in an acidic atmosphere but also under alkaline conditions. 図5は、アルカリ性条件における酸素発生反応に関する本発明の有効性を示す。FIG. 5 shows the effectiveness of the present invention for the oxygen evolution reaction in alkaline conditions.

本発明において用いる電極触媒はパラジウム及びイリジウムを含む。電極触媒中におけるイリジウムの濃度は任意のモル濃度であってよいが、一態様においては、イリジウムとパラジウムとの原子比は約1:99〜約99:1の任意の値であってよい。例えば、パラジウムとイリジウムは、約9:1〜約1:1、約5:1〜約1:1、約3:1〜約1:1、約5:1〜約3:1、約9:1、約5:1、約3:1、又は約1:1のPd:Irの原子比で電極触媒中に存在させることができる。   The electrode catalyst used in the present invention contains palladium and iridium. The concentration of iridium in the electrocatalyst may be any molar concentration, but in one embodiment, the atomic ratio of iridium and palladium may be any value from about 1:99 to about 99: 1. For example, palladium and iridium may be about 9: 1 to about 1: 1, about 5: 1 to about 1: 1, about 3: 1 to about 1: 1, about 5: 1 to about 3: 1, about 9: It can be present in the electrocatalyst at an atomic ratio of Pd: Ir of about 1, about 5: 1, about 3: 1, or about 1: 1.

イリジウムは、パラジウムとの合金として、パラジウムの表面変性成分として、アモルファス状態の材料として、パラジウムに富む表面層を有するコアシェルに類似の構造体として、或いはこれらの任意の組み合わせとして存在させることができる。パラジウムは、イリジウムとの合金として、イリジウムの表面変性成分として、アモルファス状態の材料として、イリジウムに富む表面層を有するコアシェルに類似の構造体として、或いはこれらの任意の組み合わせとして存在させることができる。触媒の金属成分は、ニートの金属表面であってよく、酸化物形態であってよく、或いは酸化物及びニートの金属表面の両方の混合形態であってよい。   Iridium can be present as an alloy with palladium, as a surface modification component of palladium, as an amorphous material, as a structure similar to a core shell having a surface layer rich in palladium, or any combination thereof. Palladium can be present as an alloy with iridium, as a surface modifying component of iridium, as an amorphous material, as a structure similar to a core shell having a surface layer rich in iridium, or any combination thereof. The metal component of the catalyst may be a neat metal surface, may be in oxide form, or may be a mixed form of both oxide and neat metal surfaces.

当業者であれば、電極触媒は、他の触媒成分中に不純物として単に微量で存在しているだけではなく、機能的に有意な量のパラジウム及びイリジウム、パラジウム及び/又はイリジウム合金、パラジウム又はイリジウムの混合アモルファス状態の材料、及び/又は表面変性パラジウム/イリジウムを含む。本発明の目的のためには、パラジウム及びイリジウムの「機能的に有意な」量とは、電気分解生成物の生成、又は同等量の電気分解生成物を生成させるのに必要なエネルギーの減少によって測定される電気分解効率の検出可能な増加を引き起こすのに十分なことを意味する。   A person skilled in the art knows that electrocatalysts are not only present in trace amounts as impurities in other catalyst components, but also functionally significant amounts of palladium and iridium, palladium and / or iridium alloys, palladium or iridium. The material in a mixed amorphous state and / or surface modified palladium / iridium. For the purposes of the present invention, a “functionally significant” amount of palladium and iridium refers to the production of electrolysis products or a reduction in the energy required to produce an equivalent amount of electrolysis products. It means enough to cause a detectable increase in the measured electrolysis efficiency.

一態様においては、電極触媒に他の金属のような他の触媒成分を更に含ませることができる。触媒には、2種類の金属、3種類の金属、又は更には4種類以上の異なる金属を、任意の所望又は好都合な比で含ませることができる。   In one embodiment, the electrocatalyst can further include other catalyst components such as other metals. The catalyst can include two metals, three metals, or even four or more different metals in any desired or convenient ratio.

一態様においては、電極触媒に、酸化パラジウム及び酸化イリジウム、或いは酸化パラジウム及び酸化イリジウムと純金属との混合物を含ませることができる。
また、パラジウム及びイリジウムは、実質的に純粋な形態(少なくとも99.1%の純度)で存在させることができ、或いは1種類以上の更なる元素との混合物で存在させることができる。電極触媒中におけるパラジウム及びイリジウムは、電気化学的反応の触媒作用に密接に関与すると考えられる。しかしながら、有利には触媒中に含ませることができる他の元素は、必ずしも触媒作用に積極的に関与する必要はない。例えば、これらは、いずれかの電気分解媒体中におけるパラジウム及び/又はイリジウムの安定性を向上又は増大させることによるか、システムの長期間耐久性のために有用な副反応を促進させることによるか、或いは幾つかの他の形態で有益な効果を与えることができる。したがって、電極触媒の一部を形成するか又はその中に含まれるこれらの材料に関する言及は、必ずしも、議論されている材料がそれ自体、電極触媒によって触媒される電気化学的反応に関して触媒活性を有していることを暗示するものではないが、これは実際にはそのような場合がある。
In one embodiment, the electrode catalyst can include palladium oxide and iridium oxide, or a mixture of palladium oxide and iridium oxide and a pure metal.
Palladium and iridium can also be present in substantially pure form (at least 99.1% purity) or in a mixture with one or more additional elements. Palladium and iridium in the electrocatalyst are believed to be closely involved in the catalysis of the electrochemical reaction. However, other elements which can advantageously be included in the catalyst do not necessarily have to be actively involved in the catalysis. For example, these may be by improving or increasing the stability of palladium and / or iridium in any electrolysis medium, or by promoting side reactions useful for the long term durability of the system, Alternatively, beneficial effects can be provided in several other forms. Thus, references to these materials that form part of or are included in an electrocatalyst do not necessarily have catalytic activity with respect to the electrochemical reaction that the material under discussion is itself catalyzed by the electrocatalyst. This is not implied, but this may actually be the case.

当業者であれば、パラジウム、イリジウム、及び存在する場合には他の触媒成分は、好ましくは、大きな表面積を有する形態、例えば超微粉砕又はナノ粒状物などである。
従来は、白金触媒は、他の材料と比較した場合に遙かに優れた力学的特性及び安定性を示す電気分解システムのカソードのための最適の触媒であるが、白金は高価である。しかしながら、本発明の驚くべき発見によって、低いレベルの白金を含む電極触媒を使用することが可能になり、更には白金を含まない電極触媒を使用することが可能になる。白金は本発明において用いる電極触媒中に存在させることができるが、白金は、存在させる場合には微量(0.05原子%未満、好ましくは0.1原子%未満)しか存在させないことが通常は好ましい。より好ましくは、本発明において用いる電極触媒は白金を含まない。つまり、本発明において用いる電極触媒は、白金の不存在下でパラジウム及びイリジウムを含む。
Those skilled in the art will appreciate that palladium, iridium, and other catalyst components, if present, are preferably in a form having a large surface area, such as micronized or nanoparticulates.
Traditionally, platinum catalysts are the optimal catalyst for cathodes of electrolysis systems that exhibit much better mechanical properties and stability when compared to other materials, but platinum is expensive. However, the surprising discovery of the present invention makes it possible to use electrocatalysts containing low levels of platinum and even to use electrocatalysts that do not contain platinum. Platinum can be present in the electrode catalyst used in the present invention, but platinum is usually present in a trace amount (less than 0.05 atomic%, preferably less than 0.1 atomic%) when present. preferable. More preferably, the electrode catalyst used in the present invention does not contain platinum. That is, the electrode catalyst used in the present invention contains palladium and iridium in the absence of platinum.

電解槽のような電気分解システムは、通常は電解質及び2つの電極(カソード及びアノード)を含む。カソード及びアノードは、2つの間に電気バイアスを生成させる目的で電力供給装置に接続することができる。   An electrolysis system, such as an electrolytic cell, typically includes an electrolyte and two electrodes (a cathode and an anode). The cathode and anode can be connected to a power supply for the purpose of generating an electrical bias between the two.

一例として、水電解槽は、アノード及びカソード電極を、水の電気分解から有用な量の水素及び/又は酸素が生成するように電解質と好適な機能的関係にすると運転状態になる。例えば、これは電力供給装置を2つの電極に接続すると起こる。   As an example, a water electrolyzer is operational when the anode and cathode electrodes are in a suitable functional relationship with the electrolyte so that a useful amount of hydrogen and / or oxygen is produced from the electrolysis of water. For example, this occurs when a power supply is connected to two electrodes.

水電解槽は、電気分解用途における電極触媒の使用の代表例を示し、好ましい用途である。本発明の範囲は、任意の電気分解用途(例えば、水の電気分解、塩素アルカリプロセス、水素の製造、塩素ガスの製造、水酸化ナトリウムの製造、電気亜鉛メッキ、電気メッキ、電気合成、Kolbe反応等)、特に白金、白金族金属触媒、白金族金属合金、或いは白金族金属及び白金族金属でない他の元素を用いる合金又は他の組み合わせを用いる任意の電気分解用途における電極触媒の使用である。   A water electrolysis cell shows a typical example of the use of an electrode catalyst in an electrolysis application, and is a preferable application. The scope of the invention covers any electrolysis application (eg water electrolysis, chlor-alkali process, hydrogen production, chlorine gas production, sodium hydroxide production, electrogalvanization, electroplating, electrosynthesis, Kolbe reaction Etc.), in particular, the use of electrocatalysts in any electrolysis application using platinum, platinum group metal catalysts, platinum group metal alloys, or alloys or other combinations using platinum group metals and other elements that are not platinum group metals.

本発明は、この触媒系が電気分解化学反応の効率を増加させ、及び/又は処理の全体的なコストを減少させる全ての場合の、電気分解プロセスにおけるパラジウム−イリジウム電極触媒の使用をカバーすることを意図している。これは、白金、イリジウム、又は他の白金族金属触媒、並びにこれらの合金、表面変性白金族金属系などを用いる電気分解プロセスにおいて特に該当する。   The present invention covers the use of palladium-iridium electrocatalysts in electrolysis processes in all cases where this catalyst system increases the efficiency of electrolysis chemical reactions and / or reduces the overall cost of processing. Is intended. This is particularly true in electrolysis processes using platinum, iridium, or other platinum group metal catalysts, as well as their alloys, surface modified platinum group metal systems, and the like.

本発明においては、本発明の電極触媒はカソード及びアノードの一方又は両方の中に含ませる。一態様においては、アノードがパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む。一態様においては、カソードがパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む。一態様においては、カソード及びアノードの両方がパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む。   In the present invention, the electrocatalyst of the present invention is included in one or both of the cathode and the anode. In one aspect, the anode includes an electrocatalyst comprising palladium and iridium. In one embodiment, the cathode includes an electrocatalyst comprising palladium and iridium. In one embodiment, both the cathode and the anode comprise an electrocatalyst comprising palladium and iridium.

本発明において用いる電極触媒には、1種類の電解質を含ませることができ、或いは1種類より多い電解質を含ませることができる。例えば、本発明において用いる電解質は複数の電解質の組み合わせであってよい。   The electrode catalyst used in the present invention can contain one type of electrolyte, or more than one type of electrolyte. For example, the electrolyte used in the present invention may be a combination of a plurality of electrolytes.

本発明の関連において用いる電解質は、水電解槽、電気分解システム、又は他の電気分解プロセス内のイオン伝導性媒体である。本発明の電極触媒は、広範囲のpHにわたって高い触媒効率を示す。本発明の一態様においては、電解質は、酸性、アルカリ性、又は中性のpHの任意の好適な電解質系のいずれかであってよい。   The electrolyte used in the context of the present invention is an ionically conductive medium in a water electrolyzer, electrolysis system, or other electrolysis process. The electrocatalyst of the present invention exhibits high catalytic efficiency over a wide range of pH. In one aspect of the invention, the electrolyte may be any suitable electrolyte system with an acidic, alkaline, or neutral pH.

酸性電解質は任意の通常の酸性電解質であってよい。例えば、酸性電解質はポリマー電解質又は液体電解質であってよい。より具体的には、酸性電解質は、カチオン交換膜、自由流動液体電解質、或いは多孔質マトリクス内に含まれる液体電解質であってよい。   The acidic electrolyte can be any conventional acidic electrolyte. For example, the acidic electrolyte may be a polymer electrolyte or a liquid electrolyte. More specifically, the acidic electrolyte may be a cation exchange membrane, a free flowing liquid electrolyte, or a liquid electrolyte contained within a porous matrix.

アルカリ性電解質は任意の通常のアルカリ性電解質であってよい。例えば、アルカリ性電解質は液体電解質、或いは更にはアニオン伝導膜であってよい。より具体的には、アルカリ性電解質は、自由流動液体電解質、多孔質マトリクス内に含まれる液体電解質、カチオン交換膜、アニオン交換膜、或いはアルカリ性電解質と機能的に接触しているアニオン交換膜であってよい。   The alkaline electrolyte can be any conventional alkaline electrolyte. For example, the alkaline electrolyte may be a liquid electrolyte or even an anion conducting membrane. More specifically, the alkaline electrolyte is a free-flowing liquid electrolyte, a liquid electrolyte contained in a porous matrix, a cation exchange membrane, an anion exchange membrane, or an anion exchange membrane in functional contact with an alkaline electrolyte. Good.

電気分解システムの1種類又は複数の電解質はまた、酸性電解質及びアルカリ性電解質の両方の組み合わせであってもよい。これらの複合電気分解システムは、電解質が電極(カソード及びアノード)と適当な機能的関係を有する任意の形態で構成することができる。例えば、幾つかのアルカリ性水電解槽においてはカチオン交換膜(ここではカチオンが電荷キャリアである)を用いることができ、或いはこれらにおいてアニオン交換膜(ここではアニオンが電荷キャリアである)を用いることができる。複数の電解質の組み合わせの使用は、本発明の範囲を限定しない。   The electrolyte or electrolytes of the electrolysis system may also be a combination of both acidic and alkaline electrolytes. These composite electrolysis systems can be configured in any form in which the electrolyte has an appropriate functional relationship with the electrodes (cathode and anode). For example, some alkaline water electrolyzers can use cation exchange membranes (here cations are charge carriers), or use anion exchange membranes (here anions are charge carriers). it can. The use of a combination of electrolytes does not limit the scope of the present invention.

下記において、本発明において用いるのに好適な電解質を更に記載する。
電解質は、液体、固体、又は液体と固体の組み合わせであってよい。
液体電解質の用途に関しては、電解質は、酸性溶液、アルカリ性溶液、或いは更には中性pHの好適にイオン伝導性の溶液のいずれかであってよい。システム及び用途に応じて、この溶液は濃溶液又は希溶液のいずれであってもよい。酸性液体電解質の例としては硫酸又はリン酸の溶液が挙げられ;アルカリ性液体電解質の例としては水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムの溶液が挙げられる。幾つかの他の可能性のある液体酸性溶液、液体アルカリ性溶液、及び中性pHのイオン溶液が可能であり、与えられる例は本発明を限定することは意図しない。
In the following, electrolytes suitable for use in the present invention are further described.
The electrolyte may be liquid, solid, or a combination of liquid and solid.
For liquid electrolyte applications, the electrolyte may be either an acidic solution, an alkaline solution, or even a suitably ion-conducting solution at neutral pH. Depending on the system and application, this solution can be either a concentrated or dilute solution. Examples of acidic liquid electrolytes include sulfuric acid or phosphoric acid solutions; examples of alkaline liquid electrolytes include potassium hydroxide or sodium hydroxide solutions. Several other possible liquid acidic solutions, liquid alkaline solutions, and neutral pH ionic solutions are possible, and the examples given are not intended to limit the invention.

好適な固体電解質としては、イオン伝導膜に形成されているイオノマーが挙げられる。例えば、固体電解質はカチオン伝導性イオノマー又はアニオン伝導性イオノマーのいずれかであってよい。一態様においては、電解質はカチオン交換ポリマー膜である。   A suitable solid electrolyte includes an ionomer formed on an ion conductive membrane. For example, the solid electrolyte may be either a cation conducting ionomer or an anion conducting ionomer. In one aspect, the electrolyte is a cation exchange polymer membrane.

或いは、電解質は、液体電解質を含侵したマトリクス、膜、又はゲル、即ち液体と固体の組み合わせであってよい。例としては、酸を含侵した多孔質膜又は同様に含侵したゲル又は他のかかるマトリクスが挙げられる。   Alternatively, the electrolyte may be a matrix, membrane or gel impregnated with a liquid electrolyte, ie a combination of liquid and solid. Examples include porous membranes impregnated with acid or similarly impregnated gels or other such matrices.

Nafion(登録商標)(E.I. DuPont De Nemours)は、好適な商業的に入手できるカチオン伝導性交換膜であり、水電解槽及び塩素アルカリ産業などの幾つかの電気分解用途において用いられている。Aquivion(登録商標)(Solvay,ベルギー)及びFumion(登録商標)(Fumatech,ドイツ)のような幾つかの他のカチオン交換イオノマーも存在する。酸性ポリマーの骨格はポリフルオロカーボンである必要はなく、幾つかの炭化水素ベースのカチオン交換膜も利用できる。非ペルフルオロスルホン酸イオノマーの概説は、J. Perronら, Energy Environ, Sci., 2011, 4, 1575-1591である。A-006(トクヤマ、日本)は好適な商業的に入手できるアニオン伝導性(アルカリ性)ポリマー電解質である。Varcoeら, Solid State Ionics 176 (2005)585-597においては、幾つかのアニオン交換膜技術、及びアルカリ性ベースの電気分解のために用いることができる化学反応が例示されている。しかしながら、アルカリ性ベースの電気分解の圧倒的大多数は、現在は、生成物ガス又は生成物化学物質のクロスオーバーを阻止するためにマトリクス又は隔膜を用いて、液体電解質によって行われている。固体ポリマー電解質の上記の例は詳細な例として与えるものであり、本発明の範囲を限定することは意図しない。   Nafion® (E.I. DuPont De Nemours) is a suitable commercially available cation conducting exchange membrane and is used in several electrolysis applications such as water electrolyzer and chlor-alkali industries. There are also several other cation exchange ionomers such as Aquivion® (Solvay, Belgium) and Fumion® (Fumatech, Germany). The backbone of the acidic polymer need not be a polyfluorocarbon, and some hydrocarbon-based cation exchange membranes can also be utilized. A review of non-perfluorosulfonic acid ionomers is J. Perron et al., Energy Environ, Sci., 2011, 4, 1575-1591. A-006 (Tokuyama, Japan) is a suitable commercially available anion conducting (alkaline) polymer electrolyte. Varcoe et al., Solid State Ionics 176 (2005) 585-597, illustrate several anion exchange membrane technologies and chemical reactions that can be used for alkaline-based electrolysis. However, the overwhelming majority of alkaline-based electrolysis is currently performed by liquid electrolytes using a matrix or diaphragm to prevent product gas or product chemical crossover. The above examples of solid polymer electrolytes are given as detailed examples and are not intended to limit the scope of the present invention.

電気分解用途のための電極を形成するためには、電極触媒は、基材上に被覆した後に用途のために適当な導電性基材と機能的に接触させることができ、導電性基材上に直接被覆することができ、或いは導電性基材上に直接被覆した後に任意の理由で他の導体と接触させることができる。水電解槽アノードの具体例においては、任意の導電性支持体又は導電性基材は高い電圧を許容しなければならない。固体ポリマー電解質に関しては、電極触媒層は、任意の適当な手段によって膜上に直接堆積させた後に、用途のために適切な導電性基材及び/又は電気導体と機能的に接触させることができる。チタンメッシュは、水電解槽において用いるのに好適な導電性基材の例である。ニッケル又はニッケルメッシュは、この用途のために適切な導体の他の例である。他の好適な導電性基材又は適切な電気導体が利用可能であり、導電性基材又は電気導体の選択、又は触媒をどのようにして導電性基材、電気導体、及び/又は電解質と機能的に接触させるかは、本発明を限定しない。   To form an electrode for electrolysis applications, the electrocatalyst can be functionally contacted with a suitable conductive substrate for the application after coating on the substrate, on the conductive substrate. Or can be contacted with other conductors for any reason after direct coating on a conductive substrate. In the water cell anode embodiment, any conductive support or conductive substrate must tolerate high voltages. For solid polymer electrolytes, the electrocatalyst layer can be functionally contacted with a suitable conductive substrate and / or electrical conductor for the application after being deposited directly on the membrane by any suitable means. . Titanium mesh is an example of a conductive substrate suitable for use in a water electrolyzer. Nickel or nickel mesh is another example of a suitable conductor for this application. Other suitable conductive substrates or suitable electrical conductors are available, the choice of conductive substrate or electrical conductor, or how the catalyst functions with the conductive substrate, electrical conductor, and / or electrolyte It is not limited whether the contact is made.

インクの形態の電極触媒を、電気導体及び/又は導電性基材の上に被覆することができる。インクは、種々の方法:ブラシ被覆、ドクターブレード被覆、グラビア、スクリーン印刷、ロール・ツー・ロール、又は噴霧被覆で、電気導体又は導電性基材の上に被覆することができる。電極触媒を施す別の方法:溶液被覆、浸漬被覆、スパッタリング、電気スピニング、真空蒸着等が完全に利用可能である。加熱又は反応性ガスによる処理のような中間処理又は堆積後処理の任意の方法などの、電極触媒を施して電極を形成する方法は本発明を限定しない。理想的には、電極は優れた物質移動特性を示し、触媒のターンオーバー速度と釣り合った速度で生成物ガスを同時に放出しながら触媒表面に水を導入することができる。本発明は電解槽電極を製造する特許方法を記載することは意図していないが、水電解槽又は任意の電気分解用途における本発明の電極触媒の使用を保護することを意図する。   An electrocatalyst in the form of an ink can be coated on the electrical conductor and / or the conductive substrate. The ink can be coated on an electrical conductor or conductive substrate in various ways: brush coating, doctor blade coating, gravure, screen printing, roll-to-roll, or spray coating. Alternative methods of applying electrocatalysts: solution coating, dip coating, sputtering, electrospinning, vacuum deposition, etc. are fully available. The method of applying an electrode catalyst to form an electrode, such as any method of intermediate treatment or post-deposition treatment such as treatment with heat or reactive gas, does not limit the invention. Ideally, the electrode exhibits excellent mass transfer characteristics and can introduce water onto the catalyst surface while simultaneously releasing product gas at a rate commensurate with the turnover rate of the catalyst. Although the present invention is not intended to describe a patented method of manufacturing electrolytic cell electrodes, it is intended to protect the use of the electrocatalysts of the present invention in water electrolytic cells or any electrolysis application.

アノード及びカソードの構造は好都合には概して非常に類似しているが、これらは異なっていてもよい。通常は、アノード及びカソードは両方とも、実質的に従来の構造のものであってよく、以下:固体炭素、黒鉛炭素、固体金属、金属化布帛、金属化ポリマー繊維、金属メッシュ、炭素布、炭素紙、及び炭素フェルトの1つなど(しかしながらこれらに限定されない)の伝導性支持体を含ませることができる。伝導性支持体は、ステンレススチール、ニッケル、軟鋼、チタン、炭化タングステンのような材料であってよいが、必ずしもこれらの材料だけには限定されない。伝導性支持体はまた、焼結粉末、フォーム、粉末成形体、メッシュ(例えばチタン、ニッケル)、織成又は不織材料、有孔シート、チューブのアセンブリなどの形態であってもよく、その上に電極触媒を堆積させるか又は他の形態で結合させることができる。   The anode and cathode structures are advantageously very similar in general, but they may be different. Typically, both the anode and the cathode may be of substantially conventional structure, including: solid carbon, graphitic carbon, solid metal, metalized fabric, metalized polymer fiber, metal mesh, carbon cloth, carbon Conductive supports such as, but not limited to, paper and one of the carbon felts can be included. The conductive support may be a material such as stainless steel, nickel, mild steel, titanium, tungsten carbide, but is not necessarily limited to these materials. The conductive support may also be in the form of sintered powder, foam, powder compact, mesh (eg titanium, nickel), woven or non-woven material, perforated sheet, tube assembly, etc. The electrocatalyst can be deposited on or otherwise bonded.

電極触媒は、触媒ブラックとして非担持であってよく、或いはいずれかの電極に関して任意の適当な支持体上に担持させることができる。幾つかの用途においては、電極の1つを非担持電極触媒で構成し、一方で他の電極上に他の電極触媒を担持させることが可能である。通常の電気分解の例である水電解槽に関しては、カソード支持体は、Denka Black、Vulcan XC-72R、及びKetjen Black(登録商標)EC-300JDのような高表面積カーボン、Nanocyl(登録商標)のようなナノチューブ、アセチレンブラック、又はファーネスブラックであってよい。カソードはまた、ニッケル球状体、酸化チタン(例えばTiEbonex(登録商標))、炭化タングステン等のような金属又は金属酸化物上に担持させることもできる。電気伝導のために適切に変性されているならば、ポリマー支持体、例えばポリアニリン、ポリピロール、及びポリチオフェンを用いることもできる。金属、金属酸化物、及びポリマー支持体がより適切である。支持体の実際の性質(又は支持体の不存在)は本発明を限定しない。アノードが可能な支持体材料に関してより大きな柔軟性を有する他の電気分解用途においては、これらを用いることができる。上記の例は潜在的な例及び電気分解用途において電極触媒を用いることができる方法を単に与えるものであり、触媒支持体の性質及び触媒支持体の不存在は本発明を限定しない。 The electrocatalyst may be unsupported as catalyst black or may be supported on any suitable support for any electrode. In some applications, one of the electrodes can be composed of an unsupported electrocatalyst while the other electrode catalyst is supported on the other electrode. For water electrolysers, which are examples of conventional electrolysis, the cathode support is a high surface area carbon such as Denka Black, Vulcan XC-72R, and Ketjen Black® EC-300JD, Nanocyl®. Such nanotubes, acetylene black, or furnace black. The cathode can also be supported on a metal or metal oxide such as nickel spheres, titanium oxide (eg, Ti 4 O 7 Ebonex®), tungsten carbide, and the like. Polymer supports such as polyaniline, polypyrrole, and polythiophene can also be used if appropriately modified for electrical conduction. Metal, metal oxide, and polymer supports are more suitable. The actual nature of the support (or the absence of support) does not limit the invention. These can be used in other electrolysis applications that have greater flexibility with respect to the support material capable of the anode. The above examples merely provide potential examples and methods by which electrocatalysts can be used in electrolysis applications, and the nature of the catalyst support and the absence of the catalyst support do not limit the invention.

電極触媒は、担持型であっても非担持型であっても、用途のために適切な電極に形成したら、電解質と機能的関係にしなければならない。この電解質は、酸性、アルカリ性、又はより中性のpHのいずれかであってよく、液体又は固体或いは液体と固体の組み合わせ(例えば液体の酸性又は液体のアルカリ性溶液が含侵された多孔質ポリマー基材)のいずれかであってよい。可能な固体ポリマー電解質の例は上記で与えており、Nafion(登録商標)が多くの電気分解プロセスに関して最も広く用いられているカチオン交換膜である。   Electrocatalysts, whether supported or unsupported, must be in a functional relationship with the electrolyte once formed into the appropriate electrode for the application. The electrolyte can be either acidic, alkaline, or more neutral pH, and can be liquid or solid or a combination of liquid and solid (eg, a porous polymeric group impregnated with a liquid acidic or liquid alkaline solution). Material). Examples of possible solid polymer electrolytes are given above, and Nafion® is the most widely used cation exchange membrane for many electrolysis processes.

一態様においては、本発明において用いる電極触媒は、導電性支持体又は基材上のパラジウム及びイリジウム電極触媒を場合によっては好適なバインダーと接触させて、形成される化学生成物を排出しながら化学薬品(即ち、水、塩水、電解質)を触媒表面に接近させることも可能にする一方で、電極触媒を導電性基材と電気接続することができるようにする:工程を含む方法を用いて好適な電極に形成する。バインダーの性質は本発明を限定しない。これらのバインダーは、通常はNafion(登録商標)及びTokuyama A-006(登録商標)のような固体ポリマー膜の溶媒分散変形体であるが、これらはまた、PVDF、又は他の適当な樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性樹脂などのような、電極の必要な物質移動特性をなお維持する不活性ポリマーであってもよい。電極触媒の適用は変化させることができ、電極触媒を施すために流動性調整剤を適用及び使用することは本発明の範囲を限定しない。電極触媒を電極に施す好適な方法の幾つかの例は、US−5865968、EP−0942482、WO−2003103077、US−4150076、US−6864204、及びWO−2001094668において開示されている。これらの参照文献は、電極触媒でインクを製造して(炭素ベースの)基材に施す通常の手順;異なる溶媒、異なるバインダー、異なる適用法、又は異なる基材材料、或いはこれらの任意の組み合わせを使用する方法を説明することを意図するものであり、或いは実際にこれらの任意のものを除くことは本発明の範囲を限定しない。   In one aspect, the electrocatalyst used in the present invention is a chemical that contacts the palladium and iridium electrocatalysts on a conductive support or substrate, optionally with a suitable binder, while discharging the chemical product formed. Allowing chemicals (ie, water, salt water, electrolytes) to be close to the catalyst surface while allowing the electrocatalyst to be electrically connected to the conductive substrate: preferred using method comprising steps Formed on a simple electrode. The nature of the binder does not limit the invention. These binders are usually solvent dispersion variants of solid polymer membranes such as Nafion® and Tokuyama A-006®, but they are also PVDF or other suitable resins, epoxy It may be an inert polymer that still maintains the necessary mass transfer properties of the electrode, such as a resin, a thermosetting resin, or the like. The application of the electrocatalyst can vary, and the application and use of a flow modifier to apply the electrocatalyst does not limit the scope of the invention. Some examples of suitable methods of applying an electrocatalyst to an electrode are disclosed in US-5865968, EP-0944822, WO-200301077, US-4150076, US-6864204, and WO2001094668. These references describe the usual procedure for producing inks with electrocatalysts and applying them to a (carbon-based) substrate; different solvents, different binders, different application methods, or different substrate materials, or any combination thereof. It is intended to illustrate the method used, or actually excluding any of these does not limit the scope of the invention.

本発明において記載する電極触媒を製造するための一般的な方法は、(i)パラジウム塩及び/又はイリジウム塩を、(必須ではないが)通常は導電性支持体の存在下で水溶液中に分散し(水溶液のpHは、通常はこの段階においては、好適な材料(重炭酸ナトリウムが1つの例である)を加えることによって中性のpHに維持する);(ii)パラジウム及びイリジウムを、化学的還元剤によるか又は熱活性化還元(例えばエチレングリコールの存在下)で、導電性支持体の上に金属又は金属酸化物のいずれかとして沈殿させ;(iii)得られる沈殿物を濾過、洗浄、及び乾燥し;(iv)水素の存在下で最終的な熱還元にかけて、凝集を阻止しながら金属表面を清浄化する;ことを含む。   A general method for producing the electrocatalyst described in this invention is to disperse (i) a palladium salt and / or iridium salt in an aqueous solution, usually (but not necessarily) in the presence of a conductive support. (The pH of the aqueous solution is usually maintained at this pH by adding a suitable material (sodium bicarbonate is one example) at this stage); (ii) palladium and iridium are chemically Precipitating either as a metal or a metal oxide on a conductive support with a catalytic reducing agent or by heat-activated reduction (eg in the presence of ethylene glycol); (iii) filtering and washing the resulting precipitate And (iv) subjecting to a final thermal reduction in the presence of hydrogen to clean the metal surface while preventing agglomeration.

好適なパラジウム及びイリジウム塩としては、硝酸パラジウム、塩化パラジウム、及び塩化イリジウムが挙げられる。好適な還元剤としては、次亜リン酸ナトリウム(NaHPO)及び水素化ホウ素ナトリウム(NaBH)が挙げられるが、これらに限定されない。また、好適な薬剤の存在下での熱活性化還元を用いることもでき、例は100℃より低い温度におけるエチレングリコールの存在下での還元である。工程(iv)のために好適な還元雰囲気は、窒素又はアルゴン中5%〜20%の水素である。熱還元条件の例は150℃で1時間である。この加熱プロセスは、触媒の表面領域の焼結及び損失を促進することなく触媒の表面からの水酸化物/酸化物の除去を促進するので、本発明にとって有利である。 Suitable palladium and iridium salts include palladium nitrate, palladium chloride, and iridium chloride. Suitable reducing agents include, but are not limited to, sodium hypophosphite (NaH 2 PO 2 ) and sodium borohydride (NaBH 4 ). Also, heat activated reduction in the presence of a suitable agent can be used, an example being reduction in the presence of ethylene glycol at a temperature below 100 ° C. A suitable reducing atmosphere for step (iv) is 5% to 20% hydrogen in nitrogen or argon. An example of the thermal reduction condition is 150 ° C. for 1 hour. This heating process is advantageous for the present invention because it facilitates hydroxide / oxide removal from the surface of the catalyst without promoting sintering and loss of the surface area of the catalyst.

これらの技術を一般的に総括すると、好適な溶媒の存在下で1種類以上の活性触媒材料及び場合によっては好適なバインダーの混合物を形成し、混合物を乾燥して、電極の構成において好適な基材に触媒材料を堆積及び付着させる。次に、電極をセルの電解質と機能的関係にする。対向する電極には本発明の電極触媒を含ませることができ、或いは含ませなくてもよい。これもセルの電解質と機能的関係にする。液体電解質においては、電極の触媒層は電極と接触すればよい(流動状態又は停滞状態のいずれであってもよい)。通常は液体電解質においては、2つの電極を隔膜又は半透性の膜によって分離する。固体ポリマー電解質を用いる場合には、1つ又は複数の電極触媒層を含む電極を、膜材料のために好適な任意の適当な積層プロセスで熱及び圧力を用いて膜に結合させることができ、或いは層を単純にセル又はシステムのために適当な任意の力で膜に対して機械的に押し付けることができる。直流電流によって化学反応を起こすためのエネルギー(電子)が与えられる。   In general, these techniques are summarized by forming a mixture of one or more active catalyst materials and optionally a suitable binder in the presence of a suitable solvent, and drying the mixture to form a suitable group in the construction of the electrode. A catalytic material is deposited and adhered to the material. The electrode is then placed into a functional relationship with the cell electrolyte. The opposing electrode may or may not contain the electrode catalyst of the present invention. This also has a functional relationship with the cell electrolyte. In a liquid electrolyte, the catalyst layer of an electrode should just contact with an electrode (it may be either a fluid state or a stagnation state). Usually in liquid electrolytes, the two electrodes are separated by a diaphragm or semi-permeable membrane. When using a solid polymer electrolyte, an electrode comprising one or more electrocatalyst layers can be bonded to the membrane using heat and pressure in any suitable lamination process suitable for the membrane material, Alternatively, the layer can simply be mechanically pressed against the membrane with any force suitable for the cell or system. Energy (electrons) for causing a chemical reaction is provided by direct current.

触媒を形成及び堆積させる方法は概して当業者に周知であり、詳細な説明は必要ない。電極層の実際の質(例えば金属装填量、支持体のタイプ、基材等)は、化学投入材料、電解質、システムの運転条件、化学生成物等のような幾つかのファクター、並びに当該技術全体において周知の製造に関する一般的な大まかな基準とは無関係である。電極触媒層は、任意の好適な導電性材料(例えば、チタン、ニッケル、又は炭素ベース)の上に堆積させることができ、或いはポリマー膜若しくは含侵骨格を用いるセルに関しては電解膜上に直接堆積させることができる。   Methods for forming and depositing catalysts are generally well known to those skilled in the art and do not require detailed description. The actual quality of the electrode layer (eg metal loading, support type, substrate, etc.) depends on several factors such as chemical inputs, electrolytes, system operating conditions, chemical products, etc., as well as the overall technology In general, it is unrelated to general general criteria for manufacturing known in the art. The electrocatalyst layer can be deposited on any suitable conductive material (eg, titanium, nickel, or carbon based), or directly on the electrolyte membrane for cells using polymer films or impregnated skeletons. Can be made.

本発明の電解槽(セル)は、本明細書に記載するパラジウム及びイリジウムを含む少なくとも1つの電極を含む。他の電極には、同じか又は異なる電極触媒を含ませることができる。また、両方の電極に電極触媒を含ませることもできる。   The electrolytic cell (cell) of the present invention includes at least one electrode comprising palladium and iridium as described herein. Other electrodes can include the same or different electrocatalysts. Moreover, an electrode catalyst can also be included in both electrodes.

図1は、HERのための酸性半電池配置において本発明を白金と比較するものである。データは、Gasteigerら, Applied Catalysis B, 2005に記載されている薄膜回転ディスク電極(TF−RDE)技術を用いて捕捉した。実験は薄膜回転ディスク電極技術を用いて行い、約35μg/cmのそれぞれの金属をガラス状炭素電極上に堆積させた。電解質は0.1Mの過塩素酸であった。硫酸の代わりに過塩素酸を用いて白金上におけるイオン吸収を阻止した。図1において、本発明においてカソード電極触媒として用いた電極触媒は、水電解槽における水素の生成において(白金と比べて)向上した効率を示す。所定の電流密度において、本発明の電極触媒を有する電極は、白金と同じ量の水素を生成させるために、より少ないエネルギーしか必要でない。 FIG. 1 compares the present invention with platinum in an acidic half-cell configuration for HER. Data were captured using the thin film rotating disk electrode (TF-RDE) technique described in Gasteiger et al., Applied Catalysis B, 2005. The experiment was performed using thin film rotating disk electrode technology, and about 35 μg / cm 2 of each metal was deposited on the glassy carbon electrode. The electrolyte was 0.1M perchloric acid. Perchloric acid was used instead of sulfuric acid to prevent ion absorption on platinum. In FIG. 1, the electrode catalyst used as the cathode electrode catalyst in the present invention exhibits improved efficiency (compared to platinum) in the production of hydrogen in the water electrolyzer. At a given current density, an electrode with the electrocatalyst of the present invention requires less energy to produce the same amount of hydrogen as platinum.

図2は、酸性雰囲気における酸素放出反応に関する本発明の有効性を示す。本発明において用いる電極触媒は、特に低い電流密度において最新技術のイリジウム電極触媒に匹敵する有効性を維持する。しかしながら、パラジウムのより低いコストによって、イリジウムに対して優れたコスト/有効性の比が与えられる。明らかに、本発明において用いる電極触媒は、白金と比べて大きく向上した有効性を示す。図2におけるデータは、電解槽アノード半電池に対して腐食電位をかけた炭素支持パラジウム−イリジウムを用いて生成させた。   FIG. 2 shows the effectiveness of the present invention for an oxygen release reaction in an acidic atmosphere. The electrocatalyst used in the present invention maintains effectiveness comparable to state-of-the-art iridium electrocatalysts, especially at low current densities. However, the lower cost of palladium provides an excellent cost / efficiency ratio over iridium. Apparently, the electrocatalyst used in the present invention exhibits greatly improved effectiveness compared to platinum. The data in FIG. 2 was generated using carbon-supported palladium-iridium subjected to a corrosion potential on the electrolytic cell anode half-cell.

図3は、酸性雰囲気において、水電解槽カソードに関してパラジウムに富む種の触媒を用いることの有効性を示す。図3において、本発明のパラジウムに富む更なる態様を白金触媒と比較した。この例においては、全ての触媒を好適な電極基材(この場合には黒鉛炭素の棒材)の上に被覆して、1M−硫酸を充填した3電極セル内に浸漬した。図3は、3:1の原子比(パラジウム:イリジウム)のパラジウム及びイリジウムの触媒は、水素発生反応に関して同様の白金電極よりも優れていることを示す。   FIG. 3 shows the effectiveness of using a palladium rich species of catalyst for the water electrolysis cell cathode in an acidic atmosphere. In FIG. 3, a further embodiment rich in palladium of the present invention was compared with a platinum catalyst. In this example, all the catalyst was coated on a suitable electrode substrate (in this case graphitic carbon rods) and immersed in a 3 electrode cell filled with 1M-sulfuric acid. FIG. 3 shows that palladium and iridium catalysts with an atomic ratio of 3: 1 (palladium: iridium) are superior to similar platinum electrodes for hydrogen evolution reactions.

図4は、白金−イリジウム電極触媒は、酸性雰囲気中だけでなくアルカリ性条件下においても、水素を生成させるために用いることができることを示す。電極は5Mの水酸化カリウムであり、作用電極は電極触媒中で被覆した黒鉛プレートであった。図5は、アルカリ性条件における酸素発生反応に関する本発明の有効性を示す。ここで広いpH範囲にわたって電極触媒の活性が示されることは、本発明によって利用できる用途の柔軟性を示す。   FIG. 4 shows that the platinum-iridium electrocatalyst can be used to generate hydrogen not only in an acidic atmosphere but also under alkaline conditions. The electrode was 5M potassium hydroxide and the working electrode was a graphite plate coated in an electrode catalyst. FIG. 5 shows the effectiveness of the present invention for the oxygen evolution reaction in alkaline conditions. Here, the activity of the electrocatalyst over a wide pH range indicates the flexibility of the application that can be utilized by the present invention.

図1、2、4、及び5における全てのデータは、1:1のパラジウムとイリジウムの原子比を用いて生成させた。触媒系は、金属が得られる触媒の質量の約40%を構成するようにKetjen炭素上に担持させた。図3は、3:1のパラジウムとイリジウムとの原子比を用いて実施した。これらの触媒系も、金属が得られる触媒の質量の約40%を構成するようにKetjen炭素上に担持させた。   All data in FIGS. 1, 2, 4, and 5 were generated using a 1: 1 atomic ratio of palladium to iridium. The catalyst system was supported on Ketjen carbon to constitute about 40% of the mass of catalyst from which the metal was obtained. FIG. 3 was performed using a 3: 1 palladium to iridium atomic ratio. These catalyst systems were also supported on Ketjen carbon to constitute about 40% of the mass of catalyst from which the metal was obtained.

図1〜3における白金の例は、商業的に入手できる触媒(Alfa Aesar)である。白金は、金属が得られる触媒の質量の約40%を構成するようにVulcan炭素(XC72R)上に担持させた。   The example of platinum in FIGS. 1-3 is a commercially available catalyst (Alfa Aesar). Platinum was supported on Vulcan carbon (XC72R) to constitute about 40% of the mass of catalyst from which the metal was obtained.

触媒を製造する方法は、英国特許出願GB1110045.0(GB2481309Aとして公開)(その内容は参照として本明細書中に包含する)において開示されている。   A method for producing the catalyst is disclosed in British patent application GB1110045.0 (published as GB2481309A), the contents of which are incorporated herein by reference.

実施例1:炭素上のパラジウム/イリジウム[PdIr(1:1の原子%)]の触媒、150℃:
丸底フラスコ内において、カーボンブラック(Ketjen Black EC300JD、0.8g)を1リットルの水に加え、80℃に加熱した。塔頂スターラー及びパドルを用いて、炭素を12時間分散させた。
Example 1: Palladium / Iridium [PdIr (1: 1 atomic%)] catalyst on carbon, 150 ° C .:
In a round bottom flask, carbon black (Ketjen Black EC300JD, 0.8 g) was added to 1 liter of water and heated to 80 ° C. Carbon was dispersed for 12 hours using a top stirrer and paddle.

第2の容器中に硝酸パラジウム(0.475g、42.0重量%(分析値)のPd)を注意深く秤量し、50mLの脱イオン(DI)水中に溶解した。第3の容器中に塩化イリジウム(0.660g、54.4重量%(分析値)のIr)を注意深く秤量し、50mLのDI水中に溶解した。次に、80℃において撹拌されている炭素スラリーを含む容器中に塩を注意深く導入した。   In a second vessel, palladium nitrate (0.475 g, 42.0 wt% (analytical) Pd) was carefully weighed and dissolved in 50 mL of deionized (DI) water. In a third vessel, iridium chloride (0.660 g, 54.4 wt% (analytical) Ir) was carefully weighed and dissolved in 50 mL of DI water. The salt was then carefully introduced into a vessel containing a carbon slurry that was being stirred at 80 ° C.

金属塩をより大きな容器に移したら、滴加漏斗の残留内容物をより大きな容器中に洗い流した。次に、重炭酸ナトリウム(NaHCO)の飽和溶液を加えることによって、撹拌しているスラリーのpHを注意深く7.0に上昇させた。重炭酸ナトリウムを更に制御して添加することによって、スラリーのpHを7.0〜7.5に1時間維持した。 Once the metal salt was transferred to the larger container, the residual contents of the addition funnel were washed away into the larger container. The pH of the stirring slurry was then carefully raised to 7.0 by adding a saturated solution of sodium bicarbonate (NaHCO 3 ). The pH of the slurry was maintained at 7.0-7.5 for 1 hour by further controlled addition of sodium bicarbonate.

次亜リン酸ナトリウム(NaHPO、0.495g、50mLのDI水中に希釈)溶液を調製した。触媒中のパラジウムのモル量の2.5倍が、次亜リン酸ナトリウムの好適な使用量である。この溶液の半分を、炭素−塩スラリーを含む反応容器に導入した。スラリーを、連続的に撹拌しながら更に1時間80℃に維持した。 A solution of sodium hypophosphite (NaH 2 PO 2 , 0.495 g, diluted in 50 mL of DI water) was prepared. 2.5 times the molar amount of palladium in the catalyst is the preferred usage of sodium hypophosphite. Half of this solution was introduced into a reaction vessel containing a carbon-salt slurry. The slurry was maintained at 80 ° C. for an additional hour with continuous stirring.

スラリーを室温に冷却した後、微孔質フィルター上に濾液を回収して、濾液の導電率が2.42mSになるまで洗浄した。触媒を80℃のオーブン内で10時間乾燥した。次に、乾燥した触媒を乳棒及び乳鉢内で粉砕して微細粉末を与え、これをセラミックボート中に5mmの最大深さまで注意深く配置した。ボートをチューブ炉内に配置し、20%H/80%N雰囲気下において150℃で1時間加熱した。40金属重量%に関する1.4gに関する収量は1.23gであった。 After cooling the slurry to room temperature, the filtrate was collected on a microporous filter and washed until the conductivity of the filtrate was 2.42 mS. The catalyst was dried in an oven at 80 ° C. for 10 hours. The dried catalyst was then ground in a pestle and mortar to give a fine powder, which was carefully placed in a ceramic boat to a maximum depth of 5 mm. The boat was placed in a tube furnace and heated at 150 ° C. for 1 hour in a 20% H 2 /80% N 2 atmosphere. The yield for 1.4 g with respect to 40 wt% metal was 1.23 g.

Claims (38)

電気分解プロセスを触媒するための、パラジウム及びイリジウムを含む電極触媒の使用。   Use of an electrocatalyst comprising palladium and iridium to catalyze an electrolysis process. 電気分解プロセスが電気合成プロセスである、請求項1に記載の使用。   Use according to claim 1, wherein the electrolysis process is an electrosynthesis process. 電気分解プロセスが水の電気分解である、請求項1に記載の使用。   Use according to claim 1, wherein the electrolysis process is electrolysis of water. 電気分解プロセスが塩化ナトリウム水溶液の電気分解である、請求項1に記載の使用。   Use according to claim 1, wherein the electrolysis process is electrolysis of an aqueous sodium chloride solution. 電極触媒が、約9:1、約5:1、約3:1、又は約1:1の原子比のパラジウム及びイリジウムを含む、請求項1〜4のいずれかに記載の使用。   The use according to any of claims 1 to 4, wherein the electrocatalyst comprises palladium and iridium in an atomic ratio of about 9: 1, about 5: 1, about 3: 1, or about 1: 1. 電極触媒が電気分解システムにおけるカソード及び/又はアノードの一部であり、電気分解システムが、カソード、アノード、及び1種類又は複数の電解質を含む、請求項1〜5のいずれかに記載の使用。   Use according to any of the preceding claims, wherein the electrocatalyst is part of a cathode and / or anode in an electrolysis system, the electrolysis system comprising a cathode, an anode and one or more electrolytes. 電気分解システムが水電解槽である、請求項6に記載の使用。   Use according to claim 6, wherein the electrolysis system is a water electrolyser. 電気分解システムが塩化ナトリウム水溶液電気分解システムである、請求項6に記載の使用。   Use according to claim 6, wherein the electrolysis system is an aqueous sodium chloride electrolysis system. 電極がカソードである、請求項6〜8のいずれかに記載の使用。   Use according to any of claims 6 to 8, wherein the electrode is a cathode. 電極触媒を用いてカソードにおける水素の生成を触媒する、請求項9に記載の使用。   The use according to claim 9, wherein an electrocatalyst is used to catalyze the production of hydrogen at the cathode. 電極がアノードである、請求項6〜8のいずれかに記載の使用。   Use according to any of claims 6 to 8, wherein the electrode is an anode. 電極触媒を用いて、アノードにおける酸素、塩素、又は水酸化ナトリウムの生成を触媒する、請求項11に記載の使用。   12. Use according to claim 11, wherein an electrocatalyst is used to catalyze the production of oxygen, chlorine or sodium hydroxide at the anode. 電解質が、酸性、アルカリ性、又は中性のpHである、請求項6〜12のいずれかに記載の使用。   Use according to any of claims 6 to 12, wherein the electrolyte is acidic, alkaline or neutral pH. 電解質が、液体、固体、又は液体と固体の組み合わせである、請求項6〜13のいずれかに記載の使用。   Use according to any of claims 6 to 13, wherein the electrolyte is a liquid, a solid, or a combination of a liquid and a solid. 電解質がカチオン伝導性ポリマー膜である、請求項14に記載の使用。   15. Use according to claim 14, wherein the electrolyte is a cation conducting polymer membrane. 電極触媒がパラジウム及びイリジウムを含む、電極触媒を含む電気分解システム。   An electrolysis system comprising an electrocatalyst, wherein the electrocatalyst comprises palladium and iridium. カソード、アノード、及び1種類又は複数の電解質を含み、カソード、アノード、又はカソードとアノードの両方は、パラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む電気分解システム。   An electrolysis system comprising a cathode, an anode, and one or more electrolytes, wherein the cathode, anode, or both cathode and anode comprise an electrocatalyst comprising palladium and iridium. 電気分解システムが水電解槽又は塩化ナトリウム水溶液電気分解システムである、請求項17に記載の電気分解システム。   The electrolysis system according to claim 17, wherein the electrolysis system is a water electrolysis tank or a sodium chloride aqueous solution electrolysis system. カソードがパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む、請求項17又は請求項18に記載の電気分解システム。   19. An electrolysis system according to claim 17 or claim 18, wherein the cathode comprises an electrocatalyst comprising palladium and iridium. アノードがパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む、請求項17〜19のいずれかに記載の電気分解システム。   20. An electrolysis system according to any of claims 17 to 19, wherein the anode comprises an electrocatalyst comprising palladium and iridium. 電解質が、酸性、アルカリ性、又は中性のpHである、請求項17〜19のいずれかに記載の電気分解システム。   The electrolysis system according to any one of claims 17 to 19, wherein the electrolyte has an acidic, alkaline, or neutral pH. 電解質が、液体、固体、又は液体と固体の組み合わせである、請求項17〜21のいずれかに記載の電気分解システム。   The electrolysis system according to any one of claims 17 to 21, wherein the electrolyte is a liquid, a solid, or a combination of a liquid and a solid. 電解質がカチオン伝導性ポリマー膜である、請求項17〜22のいずれかに記載の電気分解システム。   The electrolysis system according to any one of claims 17 to 22, wherein the electrolyte is a cation conductive polymer membrane. (i)アノード、カソード、及び1種類又は複数の電解質を含み、アノード及びカソードの少なくとも1つはパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む水電解槽を与え;
(ii)水電解槽を水と接触させ;そして
(iii)水素及び/又は酸素を生成させる;
工程を含む、水を電気分解する方法。
(I) providing a water electrolyzer comprising an anode, a cathode, and one or more electrolytes, wherein at least one of the anode and cathode comprises an electrocatalyst comprising palladium and iridium;
(Ii) contacting the water electrolyzer with water; and (iii) producing hydrogen and / or oxygen;
A method for electrolyzing water, comprising a step.
カソードとアノードの間に電気バイアスを生成させることによって水素及び酸素を生成させる、請求項24に記載の方法。   25. The method of claim 24, wherein hydrogen and oxygen are generated by generating an electrical bias between the cathode and anode. (i)アノード、カソード、及び1種類又は複数の電解質を含み、アノード及びカソードの少なくとも1つはパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む電気分解システムを与え;
(ii)電気分解システムのカソード及びアノードを1種類又は複数の電解質と接触させ、ここで電解質の1つは塩化ナトリウム水溶液であり;そして
(iii)水素及び/又は塩素及び/又は水酸化ナトリウムを生成させる;
工程を含む、塩化ナトリウム水溶液を電気分解する方法。
(I) providing an electrolysis system comprising an anode, a cathode, and one or more electrolytes, wherein at least one of the anode and cathode comprises an electrocatalyst comprising palladium and iridium;
(Ii) contacting the cathode and anode of the electrolysis system with one or more electrolytes, wherein one of the electrolytes is an aqueous sodium chloride solution; and (iii) hydrogen and / or chlorine and / or sodium hydroxide Generate;
A method for electrolyzing an aqueous sodium chloride solution comprising a step.
カソードとアノードの間に電気バイアスを生成させることによって水素及び塩素を生成させる、請求項26に記載の方法。   27. The method of claim 26, wherein hydrogen and chlorine are generated by generating an electrical bias between the cathode and anode. (i)アノード、カソード、及び1種類又は複数の電解質を含み、ここでアノード及びカソードの少なくとも1つはパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む水電解槽を与え;
(ii)水電解槽を水と接触させ;そして
(iii)水を電気分解して水素及び/又は酸素を生成させる;
工程を含む、水素及び/又は酸素を製造する方法。
(I) providing a water electrolyzer comprising an anode, a cathode, and one or more electrolytes, wherein at least one of the anode and cathode comprises an electrocatalyst comprising palladium and iridium;
(Ii) contacting the water electrolyzer with water; and (iii) electrolyzing the water to produce hydrogen and / or oxygen;
A method for producing hydrogen and / or oxygen, comprising a step.
カソードとアノードの間に電気バイアスを生成させることによって水の電気分解を行う、請求項28に記載の方法。   29. The method of claim 28, wherein water electrolysis is performed by creating an electrical bias between the cathode and anode. (i)アノード、カソード、及び1種類又は複数の電解質を含み、ここでアノード及びカソードの少なくとも1つはパラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む電気分解システムを与え;
(ii)電気分解システムを1種類又は複数の電解質と接触させ、ここで電解質の1つは塩化ナトリウム水溶液であり;そして
(iii)塩化ナトリウム水溶液を電気分解して水素及び/又は塩素及び/又は水酸化ナトリウムを生成させる;
工程を含む、水素及び/又は塩素及び/又は水酸化ナトリウムを製造する方法。
(I) providing an electrolysis system comprising an anode, a cathode, and one or more electrolytes, wherein at least one of the anode and cathode comprises an electrocatalyst comprising palladium and iridium;
(Ii) contacting the electrolysis system with one or more electrolytes, wherein one of the electrolytes is an aqueous sodium chloride solution; and (iii) electrolyzing the aqueous sodium chloride solution to hydrogen and / or chlorine and / or Producing sodium hydroxide;
A method for producing hydrogen and / or chlorine and / or sodium hydroxide, comprising a step.
カソードとアノードの間に電気バイアスを生成させることによって塩化ナトリウム水溶液の電気分解を行う、請求項28に記載の方法。   29. The method of claim 28, wherein the aqueous sodium chloride solution is electrolyzed by creating an electrical bias between the cathode and anode. カソード、アノード、及び1種類又は複数の電解質を組み立てることを含み、カソード、アノード、又はカソードとアノードの両方は、パラジウム及びイリジウムを含む電極触媒を含む、請求項17〜23のいずれかに記載の電気分解システムを製造する方法。   24. The method of any of claims 17-23, comprising assembling a cathode, an anode, and one or more electrolytes, wherein the cathode, anode, or both cathode and anode comprise an electrocatalyst comprising palladium and iridium. A method of manufacturing an electrolysis system. 電気分解プロセスによって水素を製造するための、パラジウム及びイリジウムを含むカソード電極触媒の使用。   Use of a cathode electrocatalyst comprising palladium and iridium to produce hydrogen by an electrolysis process. 電気分解プロセスが水の電気分解又は塩化ナトリウム水溶液の電気分解である、請求項32に記載の使用。   Use according to claim 32, wherein the electrolysis process is electrolysis of water or electrolysis of aqueous sodium chloride solution. 水の電気分解によって酸素を製造するための、パラジウム及びイリジウムを含むアノード電極触媒の使用。   Use of an anode electrocatalyst comprising palladium and iridium to produce oxygen by electrolysis of water. パラジウム及びイリジウムを含む電解槽電極触媒。   An electrolytic cell electrode catalyst containing palladium and iridium. パラジウム及びイリジウムを含む電解槽カソード電極触媒。   An electrolytic cell cathode electrode catalyst containing palladium and iridium. パラジウム及びイリジウムを含む電解槽アノード電極触媒。   An electrolytic cell anode electrode catalyst containing palladium and iridium.
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