JP2016151064A - Carbon dioxide reduction electrode and carbon dioxide reduction apparatus using the same - Google Patents

Carbon dioxide reduction electrode and carbon dioxide reduction apparatus using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon dioxide reduction electrode and apparatus having high methanol generation efficiency.SOLUTION: A carbon dioxide reduction electrode 1 is used for generating methanol by reduction of carbon dioxide in an electrolyte consisting of an aqueous solution containing a reduction catalyst consisting of a tertiary amine compound. A carbon dioxide reduction apparatus uses the carbon dioxide reduction electrode. The carbon dioxide reduction electrode 1 includes a conductive substrate 11 and a reduction layer 12 formed on the substrate 11. The reduction layer 12 consists of a metal oxide having a hydroxyl group on a surface thereof or either an oxide or alloy at least containing an alkali metal and/or an alkaline earth metal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、二酸化炭素を還元してメタノールを生成するための二酸化炭素還元電極、およびこれを用いて二酸化炭素還元装置に関する。   The present invention relates to a carbon dioxide reduction electrode for reducing carbon dioxide to produce methanol, and a carbon dioxide reduction device using the same.

近年、化石燃料枯渇問題の解決に向けて、水や二酸化炭素からエネルギー源として有用な水素や有機物を生成するための研究が重要視されている。特に、光触媒又は水分解電極を用いた水分解による水素の生成に関する研究が進められている。しかし、水素は、エネルギー源として、汎用性があるとは言いがたく、貯蔵、運搬に関して多くの課題がある。   In recent years, in order to solve the fossil fuel depletion problem, research for generating hydrogen and organic matter useful as energy sources from water and carbon dioxide is regarded as important. In particular, research on hydrogen generation by water splitting using a photocatalyst or a water splitting electrode is underway. However, it is difficult to say that hydrogen is versatile as an energy source, and there are many problems regarding storage and transportation.

そこで、二酸化炭素から汎用性のあるメタノール等のアルコールを生成する開発が進められている。例えば、三級アミン化合物からなる触媒を含む水溶液からなる電解液中で、Au等からなる金属電極により二酸化炭素を還元することにより、メタノールを生成する技術が開発されている(特許文献1参照)。   Then, development which produces | generates alcohol, such as methanol which has versatility from a carbon dioxide, is advanced. For example, a technique for generating methanol by reducing carbon dioxide with a metal electrode made of Au or the like in an electrolytic solution made of an aqueous solution containing a catalyst made of a tertiary amine compound has been developed (see Patent Document 1). .

特表2012−516392号公報Special table 2012-516392 gazette

しかしながら、上述のように触媒を含む水溶液中で金属電極を用いて二酸化炭素を還元すると、二酸化炭素からのメタノールの生成効率が低くなる。即ち、三級アミン化合物と二酸化炭素とから生成される反応中間体と金属電極との反応性よりも電解液中の水素イオンと金属電極との反応性の方が高いため、水の電気分解が進行して水素が発生し易いという問題がある。特に、反応性を高めるために電流密度を高くするとその傾向が顕著になり、二酸化炭素からのメタノールの生成効率がより一層低下する。   However, when carbon dioxide is reduced using a metal electrode in an aqueous solution containing a catalyst as described above, the production efficiency of methanol from carbon dioxide decreases. That is, the reactivity between hydrogen ions in the electrolyte and the metal electrode is higher than the reactivity between the reaction intermediate produced from the tertiary amine compound and carbon dioxide and the metal electrode. There is a problem that hydrogen proceeds easily. In particular, when the current density is increased in order to increase the reactivity, the tendency becomes remarkable, and the production efficiency of methanol from carbon dioxide is further reduced.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、メタノールの生成効率の高い二酸化炭素還元電極及び二酸化炭素還元装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and intends to provide a carbon dioxide reduction electrode and a carbon dioxide reduction device having high methanol production efficiency.

本発明の一態様は、三級アミン化合物からなる還元触媒を含む水溶液からなる電解液中で二酸化炭素を還元してメタノールを生成するために用いられる二酸化炭素還元電極であって、
該二酸化炭素還元電極は、導電性の基板と、該基板上に設けられた還元層とを有し、
該還元層は、表面に水酸基を有する金属酸化物、又は少なくともアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を含む酸化物又は合金からなることを特徴とする二酸化炭素還元電極。
One aspect of the present invention is a carbon dioxide reduction electrode used for reducing methanol to produce methanol in an electrolyte solution comprising an aqueous solution containing a reduction catalyst comprising a tertiary amine compound,
The carbon dioxide reduction electrode has a conductive substrate and a reduction layer provided on the substrate,
The reduction layer is made of a metal oxide having a hydroxyl group on the surface, or an oxide or alloy containing at least an alkali metal and / or an alkaline earth metal.

本発明の他の態様は、上記二酸化炭素還元電極と、酸化電極と、該酸化電極と上記二酸化炭素還元電極とが浸漬された上記電解液と、該電解液中において上記二酸化炭素還元電極と上記酸化電極とを隔てるイオン交換膜と、上記電解液に二酸化炭素を供給する供給口とを有することを特徴とする二酸化炭素還元装置にある。   In another aspect of the present invention, the carbon dioxide reduction electrode, the oxidation electrode, the electrolytic solution in which the oxidation electrode and the carbon dioxide reduction electrode are immersed, and the carbon dioxide reduction electrode and the above in the electrolytic solution. The carbon dioxide reduction device includes an ion exchange membrane that separates the oxidation electrode and a supply port that supplies carbon dioxide to the electrolytic solution.

上記二酸化炭素還元電極(以下、適宜「還元電極」という)は、表面に水酸基を有する金属酸化物、又はアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を含む酸化物又は合金からなる還元層を有している。このような還元層は、電解液中において三級アミン化合物と二酸化炭素とから生成される反応中間体との反応性が高い。そのため、メタノール生成効率の向上が可能になる。また、電流密度を高くしても、メタノールの生成効率を充分に高くすることができる。このメカニズムは次のようにして起こると考えられる。   The carbon dioxide reduction electrode (hereinafter referred to as “reduction electrode” as appropriate) has a reduction layer made of a metal oxide having a hydroxyl group on its surface or an oxide or alloy containing an alkali metal and / or an alkaline earth metal. Yes. Such a reducing layer has high reactivity with a reaction intermediate produced from a tertiary amine compound and carbon dioxide in the electrolytic solution. Therefore, the methanol production efficiency can be improved. Moreover, even if the current density is increased, the production efficiency of methanol can be sufficiently increased. This mechanism is thought to occur as follows.

即ち、還元層が表面に水酸化物を有する金属酸化物からなる場合には、電解液中で、負電荷に分極した反応中間体と水酸基とが入れ替わり、反応中間体と金属酸化物における金属との間で配位結合が形成される。また、還元層がアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を含む酸化物又は合金からなる場合には、イオン化傾向の高いアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属が電解液中で正電荷に分極し、負電荷に分極した反応中間体との間で配位結合が形成される。これらの配位結合の形成により、還元電極においては反応中間体からのメタノールの生成反応が進行し易くなり、上述のようにメタノールの生成効率が向上すると考えられる。   That is, when the reduction layer is made of a metal oxide having a hydroxide on the surface, the reaction intermediate polarized to a negative charge and the hydroxyl group are exchanged in the electrolytic solution, and the reaction intermediate and the metal in the metal oxide are exchanged. A coordination bond is formed between the two. Further, when the reducing layer is made of an oxide or alloy containing an alkali metal and / or alkaline earth metal, the alkali metal and / or alkaline earth metal having a high ionization tendency is polarized to a positive charge in the electrolyte, A coordination bond is formed with the reaction intermediate polarized to a negative charge. By forming these coordination bonds, it is considered that the production reaction of methanol from the reaction intermediate easily proceeds at the reduction electrode, and the production efficiency of methanol is improved as described above.

上記二酸化炭素還元装置(以下、適宜「還元装置」という)は、還元電極と、酸化電極と、電解液と、イオン交換膜と、二酸化炭素を供給する供給口とを有する。還元装置においては、上記供給口から供給された二酸化炭素と、上記電解液中に含まれる触媒とから反応中間体が生成される。この反応中間体が還元電極において還元されることにより、メタノールが生成される。還元電極は、上述のごとく反応中間体と配位結合を形成することができる還元層を有している。そのため、上記還元装置は、二酸化炭素の還元によるメタノールの生成効率が高い。   The carbon dioxide reduction device (hereinafter referred to as “reduction device” as appropriate) includes a reduction electrode, an oxidation electrode, an electrolytic solution, an ion exchange membrane, and a supply port for supplying carbon dioxide. In the reducing device, a reaction intermediate is generated from the carbon dioxide supplied from the supply port and the catalyst contained in the electrolytic solution. This reaction intermediate is reduced at the reduction electrode to produce methanol. The reduction electrode has a reduction layer that can form a coordinate bond with the reaction intermediate as described above. Therefore, the reducing device has high production efficiency of methanol by the reduction of carbon dioxide.

実施例1における還元電極の断面図。1 is a cross-sectional view of a reduction electrode in Example 1. FIG. 実施例1における、基板上に還元層を形成する各工程を基板のFTO膜の形成面側から示す説明図。FIG. 3 is an explanatory view showing each step of forming a reduction layer on the substrate from the formation surface side of the FTO film of the substrate in Example 1. 実施例1における、基板上に還元層を形成する各工程を基板の断面側から示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram showing each step of forming a reduction layer on a substrate from the cross-sectional side of the substrate in Example 1. 実施例1における、還元装置の断面構成を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a cross-sectional configuration of the reduction device according to the first embodiment. 実施例4の還元電極の作製時に用いられる電気化学セルの構成を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the electrochemical cell used at the time of preparation of the reduction electrode of Example 4. FIG. 実施例1及び実施例2における還元電極の還元層と、反応中間体との間で配位結合が形成されるメカニズムを示す説明図(a)、実施例3〜実施例7における還元電極の還元層と、反応中間体との間で配位結合が形成されるメカニズムを示す説明図(b)。Explanatory drawing (a) which shows the mechanism in which a coordination bond is formed between the reduction | restoration layer of the reduction electrode in Example 1 and Example 2, and a reaction intermediate, Reduction of the reduction electrode in Example 3-7 Explanatory drawing (b) which shows the mechanism in which a coordination bond is formed between a layer and a reaction intermediate body. 比較例1〜比較例4における還元電極と、反応中間体を含む電解液との間での進行する反応のメカニズムを示す説明図。Explanatory drawing which shows the mechanism of the reaction which progresses between the reduction electrode in Comparative Example 1- Comparative Example 4, and the electrolyte solution containing a reaction intermediate.

次に、還元電極及び還元装置の好ましい実施形態について説明する。
還元電極において、導電性の基板は、全体が導電性を有していても、表面が部分的に導電性を有していてもよい。具体的には、例えば導電性の層を有する基板を用いることができる。導電性の基板の材質は適宜選択できる。
Next, preferred embodiments of the reduction electrode and the reduction device will be described.
In the reduction electrode, the entire conductive substrate may have conductivity, or the surface may partially have conductivity. Specifically, for example, a substrate having a conductive layer can be used. The material of the conductive substrate can be selected as appropriate.

還元電極における還元層の厚みは適宜調整可能である。還元層の厚みは、例えば0.0005〜5mmの範囲にすることができる。還元層は、基板の表面の少なくとも一部に形成されていればよい。具体的には、例えば、還元層は、基板の片面又は両面に形成されていても、基板の全表面を覆うように形成されていてもよい。   The thickness of the reduction layer in the reduction electrode can be adjusted as appropriate. The thickness of the reducing layer can be, for example, in the range of 0.0005 to 5 mm. The reducing layer may be formed on at least a part of the surface of the substrate. Specifically, for example, the reducing layer may be formed on one side or both sides of the substrate, or may be formed so as to cover the entire surface of the substrate.

表面に水酸基を有する金属酸化物からなる還元層は、金属酸化物からなる還元層であって、その表面に水酸基を有する層である。表面に存在する水酸基は、大気中の水分等から形成されると考えられる。このような金属酸化物としては、例えばCuO、Ag2O、AgO、TiO2、SnO、ZnO、Fe23、CdO、NiO、In23、Au23、Ga23、Cu2O、MoO2等を用いることができる。 The reduction layer made of a metal oxide having a hydroxyl group on the surface is a reduction layer made of a metal oxide and having a hydroxyl group on the surface. It is considered that the hydroxyl group present on the surface is formed from moisture in the atmosphere. Examples of such metal oxides include CuO, Ag 2 O, AgO, TiO 2 , SnO, ZnO, Fe 2 O 3 , CdO, NiO, In 2 O 3 , Au 2 O 3 , Ga 2 O 3 , Cu. 2 O, MoO 2 or the like can be used.

少なくともアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を含む酸化物又は合金からなる還元電極としては、例えばアルカリ金属の酸化物、アルカリ金属を含む複合酸化物、アルカリ金属を含む合金、アルカリ土類金属の酸化物、アルカリ土類金属を含む複合酸化物、アルカリ土類金属を含む合金等を用いることができる。また、アルカリ金属とアルカリ土類金属とを含む複合酸化物、アルカリ金属とアルカリ土類金属とを含む合金等を用いることもできる。具体的には、例えばLi2CuO2、Cs2CuO2、CsAgO、LiCoO2、LiMn24、LiNiO2、LiFePO4、Li2FePO4F、CaFeO、KAgO、Li4SiO2、Li2Cu等を用いることができる。 Examples of the reduction electrode made of an oxide or an alloy containing at least an alkali metal and / or an alkaline earth metal include, for example, an alkali metal oxide, a composite oxide containing an alkali metal, an alloy containing an alkali metal, and an oxidation of an alkaline earth metal. Products, composite oxides containing alkaline earth metals, alloys containing alkaline earth metals, and the like can be used. Alternatively, a composite oxide containing an alkali metal and an alkaline earth metal, an alloy containing an alkali metal and an alkaline earth metal, or the like can be used. Specifically, for example, Li 2 CuO 2 , Cs 2 CuO 2 , CsAgO, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiFePO 4 , Li 2 FePO 4 F, CaFeO, KAgO, Li 4 SiO 2 , Li 2 Cu Etc. can be used.

二酸化炭素の還元触媒としては、三級アミン化合物が用いられる。三級アミン化合物としては、例えば複素環アミンを用いることができる。複素環アミンは、単環であっても多環であってもよい。具体的には、ピリジン、イミダゾール、ピロール、ピラゾール、トリアゾール、ビピリジル等を用いることができる。また、これらの複素環アミンは、アルキル基、ヒドロキシル基、ハロゲン基、アミノ基、ヒドラジノ基等の置換基を有していてもよい。アルキル基等の炭化水素鎖を有する置換基の炭素数が大きくなると、立体障壁が大きくなり、三級アミンの二酸化炭素に対する触媒活性が低下するおそれがある。かかる観点からは、置換基の炭素数は5以下であることが好ましく、2以下であることがより好ましい。   A tertiary amine compound is used as a carbon dioxide reduction catalyst. As the tertiary amine compound, for example, a heterocyclic amine can be used. The heterocyclic amine may be monocyclic or polycyclic. Specifically, pyridine, imidazole, pyrrole, pyrazole, triazole, bipyridyl, and the like can be used. Moreover, these heterocyclic amines may have a substituent such as an alkyl group, a hydroxyl group, a halogen group, an amino group, or a hydrazino group. When the number of carbon atoms of a substituent having a hydrocarbon chain such as an alkyl group is increased, the steric barrier is increased, and the catalytic activity of tertiary amines against carbon dioxide may be reduced. From this viewpoint, the number of carbon atoms of the substituent is preferably 5 or less, and more preferably 2 or less.

還元装置において、酸化電極は還元電極の対極である。酸化電極としては、例えば貴金属等からなる電極を用いることができる。電解液としては、例えば上述の還元触媒を含有する水溶液を用いることができる。イオン交換膜としては、各種市販品を採用することができる。   In the reduction device, the oxidation electrode is the counter electrode of the reduction electrode. As the oxidation electrode, for example, an electrode made of a noble metal or the like can be used. As the electrolytic solution, for example, an aqueous solution containing the above-described reduction catalyst can be used. Various commercially available products can be used as the ion exchange membrane.

(実施例1)
次に、二酸化炭素還元電極及び二酸化炭素還元装置の実施例について図面を用いて説明する。図1に示すごとく、本例の還元電極1は、導電性の基板11と、この基板11上に設けられた還元層12とを有する。基板11は、石英ガラス基板111と、その表面に形成されたフッ素ドープ酸化スズ(FTO)膜112とからなる。還元層12は、導電性を有するFTO膜112上に形成されている。本例における還元層12は、CuOからなり、表面に水酸基を有している。
Example 1
Next, embodiments of the carbon dioxide reduction electrode and the carbon dioxide reduction device will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the reduction electrode 1 of this example includes a conductive substrate 11 and a reduction layer 12 provided on the substrate 11. The substrate 11 includes a quartz glass substrate 111 and a fluorine-doped tin oxide (FTO) film 112 formed on the surface thereof. The reduction layer 12 is formed on the conductive FTO film 112. The reducing layer 12 in this example is made of CuO and has a hydroxyl group on the surface.

本例の還元電極1の製造方法について説明する。まず、スキージ法により基板11上に還元層12を形成する。具体的には、まず、導電性の基板11として、FTO膜112が表面に形成された石英ガラス基板111を準備した(図2(a)、図3(a)参照)。基板11としては、名城科学工業(株)の製品を用いた。基板11において、FTO膜112は、石英ガラス基板111の片側面に積層されている。基板11の寸法は、縦30mm×横30mm×厚み1.8mmである。   A method for manufacturing the reduction electrode 1 of this example will be described. First, the reduction layer 12 is formed on the substrate 11 by a squeegee method. Specifically, first, a quartz glass substrate 111 having an FTO film 112 formed on the surface thereof was prepared as the conductive substrate 11 (see FIGS. 2A and 3A). As the substrate 11, a product of Meijo Kagaku Kogyo Co., Ltd. was used. In the substrate 11, the FTO film 112 is laminated on one side of the quartz glass substrate 111. The dimensions of the substrate 11 are 30 mm long × 30 mm wide × 1.8 mm thick.

次に、図2(b)、図3(b)に示すごとく、内部がくり抜かれた板状のスペーサ120を準備した。スペーサ120の外形寸法は基板11と同様に縦30mm×横30mmであり、内部空間の寸法は縦25mm×横25mmである。スペーサ120の厚みは1mmである。このスペーサ120を基板11のFTO膜111の形成面上に載置した。次いで、図2(c)、図3(c)に示すごとく、スキージ法により、スペーサ120の内部空間内にCuOペーストを塗布することにより、基板11のFTO膜111上にCuOペースト層121を形成した。CuOペーストとしては、エタノール500μl当たり中に含まれるCuO粉末(シグマアルドリッチ社製の試薬)の量が0.500mgとなる割合で配合されたペーストを用いた。   Next, as shown in FIGS. 2 (b) and 3 (b), a plate-like spacer 120 having a hollow interior was prepared. The external dimensions of the spacer 120 are 30 mm long × 30 mm wide like the substrate 11, and the dimensions of the internal space are 25 mm long × 25 mm wide. The thickness of the spacer 120 is 1 mm. This spacer 120 was placed on the surface of the substrate 11 where the FTO film 111 is formed. Next, as shown in FIGS. 2C and 3C, a CuO paste layer 121 is formed on the FTO film 111 of the substrate 11 by applying a CuO paste in the internal space of the spacer 120 by a squeegee method. did. As the CuO paste, a paste was used in which the amount of CuO powder contained in 500 μl of ethanol (reagent manufactured by Sigma-Aldrich) was 0.500 mg.

次いで、CuOペースト層121を温度50℃で1時間乾燥させた後、スペーサ120を取り外した。次いで、CuOペースト層121が積層された基板11を温度550℃で1時間焼成した。これにより、図2(d)、図3(d)に示すごとく、厚み0.02mmの還元層12を基板11上に形成した。この還元層12は、CuOからなり、表面に水酸基を有している。   Next, after the CuO paste layer 121 was dried at a temperature of 50 ° C. for 1 hour, the spacer 120 was removed. Next, the substrate 11 on which the CuO paste layer 121 was laminated was baked at a temperature of 550 ° C. for 1 hour. Thereby, as shown in FIG. 2D and FIG. 3D, the reducing layer 12 having a thickness of 0.02 mm was formed on the substrate 11. The reduction layer 12 is made of CuO and has a hydroxyl group on the surface.

なお、上述の例においては、スキージ法により、還元層12を作製したが、還元層12は、例えばスピンコータ法、電気泳動法、電析法等により作製することもできる。   In the above example, the reducing layer 12 is produced by the squeegee method, but the reducing layer 12 can also be produced by, for example, a spin coater method, an electrophoresis method, an electrodeposition method or the like.

次に、還元電極1を用いて還元装置を組み立てた。図4に示すごとく、還元装置6は、還元電極1と、酸化電極2と、触媒(ピリジン)を含有する電解液3と、イオン交換膜4(以下、適宜「膜4」という)と、CO2を供給するための供給口5とを有する。電解液3は、濃度0.01mol/Lのピリジン水溶液である。還元装置6においては、50mlの電解液3がケース60内に注入されている。ケース60は、(株)イーシーフロンティア製のH型セルVB−9である。即ち、ケース60は、H型であり、2つのケース601、602と両者を連結する連結部603とからなる。 Next, a reduction device was assembled using the reduction electrode 1. As shown in FIG. 4, the reduction device 6 includes a reduction electrode 1, an oxidation electrode 2, an electrolytic solution 3 containing a catalyst (pyridine), an ion exchange membrane 4 (hereinafter referred to as “membrane 4” as appropriate), CO 2 2 and a supply port 5 for supplying 2 . The electrolytic solution 3 is a pyridine aqueous solution having a concentration of 0.01 mol / L. In the reducing device 6, 50 ml of the electrolytic solution 3 is injected into the case 60. Case 60 is an H-type cell VB-9 manufactured by EC Frontier. That is, the case 60 is H-shaped and includes two cases 601 and 602 and a connecting portion 603 that connects the two cases.

ケース601内には、還元電極1と、Ag/AgClからなる参照電極19とが挿入されている。還元電極1と参照電極19とは電気的に接続されている。一方、ケース602内には、還元電極1の対極である酸化電極2が挿入されている。酸化電極2は、Ptワイヤからなる。還元電極1は、ポテンショスタット69の正極に電気的に接続されており、酸化電極2は、ポテンショスタット69の負極に電気的に接続されている。連結部603には、膜4(シグマアルドリッチ社製のナフィオン117)が配置されている。膜4は、還元電極1と酸化電極2との間に存在し、電解液3を分離している。ケース60内において、還元電極1、参照電極19、酸化電極2、及び膜4は、電解液3中に浸されている。還元装置6においては、ケース601側が還元槽を構成し、ケース602側が酸化槽を構成している。   In the case 601, the reduction electrode 1 and the reference electrode 19 made of Ag / AgCl are inserted. The reduction electrode 1 and the reference electrode 19 are electrically connected. On the other hand, an oxidation electrode 2, which is a counter electrode of the reduction electrode 1, is inserted in the case 602. The oxidation electrode 2 is made of a Pt wire. The reduction electrode 1 is electrically connected to the positive electrode of the potentiostat 69, and the oxidation electrode 2 is electrically connected to the negative electrode of the potentiostat 69. A membrane 4 (Nafion 117 manufactured by Sigma-Aldrich) is disposed at the connecting portion 603. The membrane 4 exists between the reduction electrode 1 and the oxidation electrode 2 and separates the electrolytic solution 3. In the case 60, the reduction electrode 1, the reference electrode 19, the oxidation electrode 2, and the membrane 4 are immersed in the electrolytic solution 3. In the reduction device 6, the case 601 side constitutes a reduction tank, and the case 602 side constitutes an oxidation tank.

各ケース601、602の開口部は、栓603、604により密閉されている。ケース601側の栓603には、二酸化炭素を供給する管50が挿入されている。この管50の供給口5から電解液3中に二酸化炭素(CO2)が供給される。 The openings of the cases 601 and 602 are sealed with plugs 603 and 604. A tube 50 for supplying carbon dioxide is inserted into the plug 603 on the case 601 side. Carbon dioxide (CO 2 ) is supplied into the electrolytic solution 3 from the supply port 5 of the pipe 50.

また、還元装置6は、図4に示すように、電流計71及び電圧計72を備える電気化学アナライザ7に電気的に接続されている。電気化学アナライザ7は、ビー・エー・エス(株)製のALSモデル660Eである。電流計71は、還元電極1と酸化電極2との間に接続されており、電圧計72は、還元電極1と参照電極19との間に接続されている。   Further, the reduction device 6 is electrically connected to an electrochemical analyzer 7 including an ammeter 71 and a voltmeter 72 as shown in FIG. The electrochemical analyzer 7 is an ALS model 660E manufactured by BAS. The ammeter 71 is connected between the reduction electrode 1 and the oxidation electrode 2, and the voltmeter 72 is connected between the reduction electrode 1 and the reference electrode 19.

次に、還元装置6を用いてCO2の還元を行い、メタノールの生成量の分析を行った。具体的には、図5に示すごとく、供給口5から還元装置6のケース601内(還元槽側)の電解液3中に、G1レベル、即ち純度99.99995vol%の炭酸ガス(CO2)を1時間吹き込んだ。炭酸ガスの流速は10ml/minである。次いで、ポテンショスタット69によって還元電極1に2Vの電圧を印加することにより、二酸化炭素の還元反応を実施した。還元反応中も10ml/minの流速で炭酸ガスを電解液3中に吹き込み続けた。この還元反応を2時間実施し、還元生成物であるメタノール(MeOH)、一酸化炭素(CO)、水素(H2)、メタン(CH4)、及びギ酸(HCOOH)の定量を行った。 Next, CO 2 was reduced using the reducing device 6 and the amount of methanol produced was analyzed. Specifically, as shown in FIG. 5, carbon dioxide gas (CO 2 ) having a G1 level, that is, a purity of 99.99995 vol%, from the supply port 5 into the electrolytic solution 3 in the case 601 (reduction tank side) of the reducing device 6. Was blown in for 1 hour. The flow rate of carbon dioxide is 10 ml / min. Next, a carbon dioxide reduction reaction was carried out by applying a voltage of 2 V to the reduction electrode 1 by means of a potentiostat 69. During the reduction reaction, carbon dioxide gas was continuously blown into the electrolytic solution 3 at a flow rate of 10 ml / min. This reduction reaction was carried out for 2 hours, and the reduction products methanol (MeOH), carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ), methane (CH 4 ), and formic acid (HCOOH) were quantified.

各還元生成物の定量は、次の装置及び条件により行った。
(1)メタノール
装置:ガスクロマトグラフィ(FID)((株)島津製作所製のGC−2014)
条件:70℃での定温測定
操作:還元反応後の電解液をシリンジにより装置に注入した。
Each reduction product was quantified by the following apparatus and conditions.
(1) Methanol apparatus: gas chromatography (FID) (GC-2014 manufactured by Shimadzu Corporation)
Condition: Constant temperature measurement at 70 ° C. Operation: The electrolytic solution after the reduction reaction was injected into the apparatus by a syringe.

(2)一酸化炭素、水素、メタン
装置:ガスクロマトグラフィ(TCD)(アジレント・テクノロジー(株)製のアジレント 7890A)
条件:初期温度60℃から20℃/minの昇温速度で温度180℃まで昇温
操作:還元反応後のケース内のガスをシリンジにより装置に注入した。
(2) Carbon monoxide, hydrogen, methane Apparatus: Gas chromatography (TCD) (Agilent 7890A manufactured by Agilent Technologies)
Conditions: The initial temperature was increased from 60 ° C. to a temperature of 180 ° C. at a temperature increase rate of 20 ° C./min. Operation: The gas in the case after the reduction reaction was injected into the apparatus by a syringe.

(3)ギ酸
装置:イオンクロマトグラフィ(サーモフィッシャーサイエンティフィック社製のDionex IC20)
条件:炭酸ナトリウム/炭酸水素ナトリウム電離液により分離・抽出
操作:反応後の電解液をシリンジにより装置に注入した。
(3) Formic acid apparatus: ion chromatography (Dionex IC20 manufactured by Thermo Fisher Scientific)
Condition: Separation / extraction with sodium carbonate / sodium bicarbonate ionization liquid Operation: The electrolytic solution after the reaction was injected into the apparatus with a syringe.

上述の(1)に示すガスクロマトグラフィによって測定されるメタノールの生成量を後述の表1に示す。また、(1)〜(3)の方法によって測定される各還元生成物の生成量から、下記の式(α)に基づいて、メタノール生成の選択性Sを算出した。その結果を後述の表1に示す。なお、式(α)において、Aはメタノールの生成量(mol)であり、Bは一酸化炭素の生成量(mol)であり、Cは水素の生成量(mol)であり、Dはメタンの生成量(mol)であり、Eはギ酸の生成量(mol)である。
S(%)=100×A/(A+B+C+D+E)・・・(α)
The amount of methanol produced measured by the gas chromatography shown in (1) above is shown in Table 1 described later. Moreover, the selectivity S of methanol production was calculated from the production amount of each reduction product measured by the methods (1) to (3) based on the following formula (α). The results are shown in Table 1 below. In formula (α), A is the amount of methanol produced (mol), B is the amount of carbon monoxide produced (mol), C is the amount of hydrogen produced (mol), and D is the amount of methane. A production amount (mol), and E is a production amount (mol) of formic acid.
S (%) = 100 × A / (A + B + C + D + E) (α)

(実施例2〜7)
次に、還元層12の組成が実施例1とは異なる複数の還元電極1を作製した(図1参照)。なお、後述の実施例2〜7において、実施例1と同じ符号は、実施例1と同様の構成要素等を示すものであって、先行する説明を参照する。
(Examples 2 to 7)
Next, a plurality of reduction electrodes 1 having a composition of the reduction layer 12 different from that of Example 1 were produced (see FIG. 1). In Examples 2 to 7 to be described later, the same reference numerals as those in Example 1 indicate the same components as in Example 1 and refer to the preceding description.

実施例2の還元電極1は、還元層12がAg2Oからなり、その他の構成は実施例1と同様である。実施例2の還元電極1は、上述の実施例1におけるCuO粉末の代わりにAg2O粉末(シグマアルドリッチ社製の試薬)を用いた点を除いては実施例1と同様にして作製した。 In the reduction electrode 1 of Example 2, the reduction layer 12 is made of Ag 2 O, and the other configuration is the same as that of Example 1. The reduction electrode 1 of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that Ag 2 O powder (reagent manufactured by Sigma-Aldrich) was used instead of the CuO powder in Example 1 described above.

実施例3の還元電極1は、還元層12がLi2CuO2からなり、その他の構成は実施例1と同様である。実施例3の還元電極1は、上述の実施例1におけるCuO粉末の代わりにLi2CuO2粉末を用いた点を除いては実施例1と同様にして作製した。Li2CuO2粉末は、次のようにして調整した。具体的には、まず、乳鉢を用いてLi2CO3粉末とCuO粉末とを等モルずつ混合した。混合粉をアルミナ容器に移し、温度685℃で24時間焼成した。次いで、焼成後に得られる焼結体を乳鉢中で粉砕することにより、上述のLi2CuO2粉末を得た。 In the reduction electrode 1 of Example 3, the reduction layer 12 is made of Li 2 CuO 2 , and the other configuration is the same as that of Example 1. The reduction electrode 1 of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that Li 2 CuO 2 powder was used instead of the CuO powder in Example 1 described above. The Li 2 CuO 2 powder was prepared as follows. Specifically, first, using a mortar, Li 2 CO 3 powder and CuO powder were mixed in equimolar amounts. The mixed powder was transferred to an alumina container and baked at a temperature of 685 ° C. for 24 hours. Next, the above-mentioned Li 2 CuO 2 powder was obtained by pulverizing the sintered body obtained after firing in a mortar.

実施例4の還元電極1は、還元層12がLi2Cuからなり、その他の構成は実施例1と同様である。実施例4の還元電極は、図5に示す電気化学セル8により、上述の実施例3の還元電極1におけるLi2CuO2からなる還元層12を還元することにより作製した。まず、以下のようにして電気化学セル8を構築した。図5に示すごとく、まず、実施例3の還元電極1と、導電性の基板11とをケース80内の電解液800中に浸漬した。ケース80内は、栓801により密閉されている。導電性の基板11は、実施例1と同様のFTO膜112が表面に形成された石英ガラス基板111である。電解液800は、濃度0.1mol/LのNa2SO4水溶液である。還元電極1は、ポテンショスタット81の正極に電気的に接続されており、基板11は、ポテンショスタット81の負極に電気的に接続されている。また、ケース80内には、Ag/AgClからなる参照電極19が挿入されており、電圧計72が還元電極1と参照電極19との間に接続されている。また、還元電極1と基板11との間を流れる電流値を計測するための電流計71が設けられている。また、電気化学セル8には、還元電極1の還元層12に光851を照射するための光源85が設けられている。 In the reduction electrode 1 of Example 4, the reduction layer 12 is made of Li 2 Cu, and the other configuration is the same as that of Example 1. The reduction electrode of Example 4 was produced by reducing the reduction layer 12 made of Li 2 CuO 2 in the reduction electrode 1 of Example 3 described above using the electrochemical cell 8 shown in FIG. First, an electrochemical cell 8 was constructed as follows. As shown in FIG. 5, first, the reduction electrode 1 of Example 3 and the conductive substrate 11 were immersed in the electrolytic solution 800 in the case 80. The inside of the case 80 is sealed with a plug 801. The conductive substrate 11 is a quartz glass substrate 111 on the surface of which an FTO film 112 similar to that of the first embodiment is formed. The electrolytic solution 800 is a Na 2 SO 4 aqueous solution having a concentration of 0.1 mol / L. The reduction electrode 1 is electrically connected to the positive electrode of the potentiostat 81, and the substrate 11 is electrically connected to the negative electrode of the potentiostat 81. A reference electrode 19 made of Ag / AgCl is inserted in the case 80, and a voltmeter 72 is connected between the reduction electrode 1 and the reference electrode 19. In addition, an ammeter 71 for measuring a current value flowing between the reduction electrode 1 and the substrate 11 is provided. In addition, the electrochemical cell 8 is provided with a light source 85 for irradiating the reducing layer 12 of the reducing electrode 1 with light 851.

このような構成の電気化学セル8の還元電極1に2Vの電圧を印加しながら、還元層12に光851を照射した。光851の波長は365nmで、強度は10mW/cm2である。この電圧の印加と光の照射により、Li2CuO2からなる還元層12を還元し、Li2Cuからなる還元層を生成させた。このようにして、実施例4の還元電極を作製した。 While applying a voltage of 2 V to the reducing electrode 1 of the electrochemical cell 8 having such a configuration, the reducing layer 12 was irradiated with light 851. The wavelength of the light 851 is 365 nm, and the intensity is 10 mW / cm 2 . By applying this voltage and irradiating with light, the reduced layer 12 made of Li 2 CuO 2 was reduced to form a reduced layer made of Li 2 Cu. In this way, a reduction electrode of Example 4 was produced.

実施例5の還元電極1は、還元層12がCs2CuO2からなり、その他の構成は実施例1と同様である。実施例5の還元電極1は、上述の実施例1におけるCuO粉末の代わりにCs2CuO2粉末を用いた点を除いては実施例1と同様にして作製した。Cs2CuO2粉末は、次のようにして調整した。具体的には、まず、乳鉢を用いてCs2CO3粉末とCuO粉末とを等モルずつ混合した。混合粉をアルミナ容器に移し、温度500℃で10時間焼成した。次いで、焼成後に得られる焼結体を乳鉢中で粉砕することにより、上述のCs2CuO2粉末を得た。 In the reduction electrode 1 of Example 5, the reduction layer 12 is made of Cs 2 CuO 2 , and the other configuration is the same as that of Example 1. The reduction electrode 1 of Example 5 was produced in the same manner as Example 1 except that Cs 2 CuO 2 powder was used instead of the CuO powder in Example 1 described above. The Cs 2 CuO 2 powder was prepared as follows. Specifically, first, Cs 2 CO 3 powder and CuO powder were mixed in equimolar amounts using a mortar. The mixed powder was transferred to an alumina container and baked at a temperature of 500 ° C. for 10 hours. Next, the above-mentioned Cs 2 CuO 2 powder was obtained by pulverizing the sintered body obtained after firing in a mortar.

実施例6の還元電極1は、還元層12がCsAgOからなり、その他の構成は実施例1と同様である。実施例6の還元電極1は、上述の実施例1におけるCuO粉末の代わりにCsAgO粉末を用いた点を除いては実施例1と同様にして作製した。CsAgO粉末は、次のようにして調整した。具体的には、まず、乳鉢を用いてCs2CO3粉末とAg2O粉末とを等モルずつ混合した。混合粉をアルミナ容器に移し、温度500℃で10時間焼成した。次いで、焼成後に得られる焼結体を乳鉢中で粉砕することにより、上述のCsAgO粉末を得た。 In the reduction electrode 1 of Example 6, the reduction layer 12 is made of CsAgO, and other configurations are the same as those of Example 1. The reduction electrode 1 of Example 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that CsAgO powder was used instead of the CuO powder in Example 1 described above. CsAgO powder was prepared as follows. Specifically, first, Cs 2 CO 3 powder and Ag 2 O powder were mixed in equimolar amounts using a mortar. The mixed powder was transferred to an alumina container and baked at a temperature of 500 ° C. for 10 hours. Subsequently, the above-mentioned CsAgO powder was obtained by pulverizing the sintered body obtained after firing in a mortar.

実施例7の還元電極1は、還元層12がCaFeOからなり、その他の構成は実施例1と同様である。実施例7の還元電極1は、上述の実施例1におけるCuO粉末の代わりにCaFeO粉末を用いた点を除いては実施例1と同様にして作製した。CaFeO粉末は、次のようにして調整した。具体的には、まず、無水酢酸カルシウム((CH3CO2)2Ca・H2O)と硝酸鉄(Fe(NO3)3)とを等モルで水中に溶解させた。次いで、溶液中に分子量600のポリエチレングリコール(PEG)を入れた後、溶液を温度120℃で撹拌しながら乾燥させて水分を飛ばした。得られた固形分を温度450℃で2時間焼成した後、さらに温度1050℃で10時間焼成した。次いで、焼成後に得られる焼結体を乳鉢中で粉砕することにより、上述のCaFeO粉末を得た。 In the reduction electrode 1 of Example 7, the reduction layer 12 is made of CaFeO, and the other configuration is the same as that of Example 1. The reduction electrode 1 of Example 7 was produced in the same manner as Example 1 except that CaFeO powder was used instead of CuO powder in Example 1 described above. The CaFeO powder was prepared as follows. Specifically, first, anhydrous calcium acetate ((CH 3 CO 2 ) 2 Ca · H 2 O) and iron nitrate (Fe (NO 3 ) 3 ) were dissolved in water in equimolar amounts. Next, after putting polyethylene glycol (PEG) having a molecular weight of 600 into the solution, the solution was dried while stirring at a temperature of 120 ° C. to remove moisture. The obtained solid content was baked at a temperature of 450 ° C. for 2 hours, and further baked at a temperature of 1050 ° C. for 10 hours. Next, the sintered body obtained after firing was pulverized in a mortar to obtain the CaFeO powder described above.

上記のようにして得られた実施例1〜実施例7の還元電極1をそれぞれ用いて実施例1の同様の構成の還元装置6を作製した(図4参照)。そして、実施例1と同様にして各還元装置を用いてCO2の還元を行い、メタノールの生成量、及びメタノール生成の選択性を調べた。その結果を後述の表1に示す。 Using the reduction electrodes 1 of Examples 1 to 7 obtained as described above, a reduction device 6 having the same configuration as that of Example 1 was produced (see FIG. 4). Then, CO 2 was reduced using each reducing device in the same manner as in Example 1, and the amount of methanol produced and the selectivity of methanol production were examined. The results are shown in Table 1 below.

(比較例1〜4)
次に、実施例1〜実施例7の比較用として4種類の金属電極からなる還元電極を作製した。比較例1の還元電極はPtからなる。比較例2の還元電極はCuからなる。比較例3の還元電極はAgからなる。比較例4の還元電極はTiからなる。また、各比較例の還元電極を用いて実施例1と同様の構成の還元装置を作製した。そして、実施例1と同様にして各還元装置を用いてCO2の還元を行い、メタノールの生成量、及びメタノール生成の選択性を調べた。その結果を後述の表1に示す。
(Comparative Examples 1-4)
Next, a reduction electrode composed of four types of metal electrodes was prepared for comparison with Examples 1 to 7. The reduction electrode of Comparative Example 1 is made of Pt. The reduction electrode of Comparative Example 2 is made of Cu. The reduction electrode of Comparative Example 3 is made of Ag. The reduction electrode of Comparative Example 4 is made of Ti. Moreover, the reduction apparatus of the structure similar to Example 1 was produced using the reduction electrode of each comparative example. Then, CO 2 was reduced using each reducing device in the same manner as in Example 1, and the amount of methanol produced and the selectivity of methanol production were examined. The results are shown in Table 1 below.

(実施例1〜7と比較例1〜4との比較)
各実施例1〜7及び比較例1〜4におけるメタノールの生成量、及びメタノール生成の選択性は、次の表に示す通りである。
(Comparison between Examples 1-7 and Comparative Examples 1-4)
The production amounts of methanol and the selectivity of methanol production in each of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 are as shown in the following table.

Figure 2016151064
Figure 2016151064

表1より知られるように、実施例の還元電極1を用いた電極装置6においては、CO2の還元生成物であるメタノールの生成量が高く、さらにメタノールの選択性も高い。これに対し、比較例の還元電極を用いた還元装置においては、メタノールの生成量が低かったり、選択性が低くなっていた。即ち、実施例のように、表面に水酸基を有する金属酸化物、又は少なくともアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を含む酸化物又は合金からなる還元層12を有する還元電極1を用いることにより、メタノールの生成効率を充分に高められることがわかる。このメカニズムについて、図6及び図7を用いて考察する。 As can be seen from Table 1, in the electrode device 6 using the reduction electrode 1 of the example, the amount of methanol that is a reduction product of CO 2 is high, and the selectivity of methanol is also high. On the other hand, in the reduction apparatus using the reduction electrode of the comparative example, the amount of methanol produced was low or the selectivity was low. That is, by using the reduction electrode 1 having the reduction layer 12 made of a metal oxide having a hydroxyl group on the surface or an oxide or alloy containing at least an alkali metal and / or an alkaline earth metal as in the embodiment, methanol is obtained. It can be seen that the production efficiency of can be sufficiently increased. This mechanism will be considered with reference to FIGS.

即ち、実施例1及び実施例2のように、還元層12が表面に水酸化物を有する金属酸化物からなる場合には、図6(a)に示されるように、電解液中で、負電荷に分極した反応中間体31と、還元層12の表面に存在する水酸基とが入れ替わる。これにより、反応中間体31と、還元層12内の金属酸化物において正電荷に分極にした金属Mとの間で配位結合が形成される。その結果、反応中間体31と還元層12との間に結合が形成されるため、反応中間体31の還元が起こり易くなり、メタノールの生成効率が高くなると考えられる。   That is, as in Example 1 and Example 2, when the reducing layer 12 is made of a metal oxide having a hydroxide on the surface, as shown in FIG. The reaction intermediate 31 polarized to charge and the hydroxyl group present on the surface of the reduction layer 12 are interchanged. As a result, a coordinate bond is formed between the reaction intermediate 31 and the metal M polarized to a positive charge in the metal oxide in the reduction layer 12. As a result, since a bond is formed between the reaction intermediate 31 and the reduction layer 12, it is considered that the reaction intermediate 31 is easily reduced and the production efficiency of methanol is increased.

また、実施例3〜実施例7のように、還元層12がアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を含む酸化物又は合金からなる場合には、図6(b)に示されるように、イオン化傾向の高いLi、Cs等のアルカリ金属及び/又はCa等のアルカリ土類金属が電解液中で正電荷に分極し、負電荷に分極した反応中間体31と配位結合が形成される。図6(b)においては、アルカリ金属であるLiを例にしてこの配位結合の形成される様子を図示しているが、Cs等の他のアルカリ金属や、Ca等の他のアルカリ土類金属についても同様である。これらの配位結合の形成により、還元層12においては反応中間体31からのメタノールの生成反応が進行し易くなり、上述のようにメタノールの生成効率が高くなると考えられる。   Further, when the reducing layer 12 is made of an oxide or an alloy containing an alkali metal and / or an alkaline earth metal as in Example 3 to Example 7, as shown in FIG. Alkali metals such as Li and Cs and / or alkaline earth metals such as Ca, which have a high tendency, are polarized to a positive charge in the electrolyte, and a coordination bond is formed with the reaction intermediate 31 polarized to a negative charge. In FIG. 6 (b), the state in which this coordination bond is formed is illustrated by taking the alkali metal Li as an example, but other alkali metals such as Cs and other alkaline earths such as Ca are illustrated. The same applies to metals. By forming these coordination bonds, it is considered that in the reduction layer 12, the methanol formation reaction from the reaction intermediate 31 proceeds easily, and the production efficiency of methanol is increased as described above.

一方、比較例1〜4のように、Ptなどの金属からなる還元電極9の場合には、図7に示すごとく、還元電極9を構成する金属Mと反応中間体31とが引きつけ合い難い。そのため、反応中間体31と還元電極9との反応性よりも電解液中の水素イオンと還元電極9との反応性の方が高くなり、反応中間体31からのメタノールの生成よりも水の電気分解が進行し易く、水素が発生し易い。   On the other hand, in the case of the reduction electrode 9 made of a metal such as Pt as in Comparative Examples 1 to 4, it is difficult for the metal M constituting the reduction electrode 9 and the reaction intermediate 31 to attract each other as shown in FIG. Therefore, the reactivity between the hydrogen ions in the electrolytic solution and the reduction electrode 9 is higher than the reactivity between the reaction intermediate 31 and the reduction electrode 9, and the electricity of water is higher than the production of methanol from the reaction intermediate 31. Decomposition proceeds easily and hydrogen is easily generated.

以上のように、実施例のように表面に水酸基を有する金属酸化物、又は少なくともアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を含む酸化物又は合金からなる還元層12を有する還元電極1を用いることにより、メタノールの生成効率を充分に高められる。   As described above, by using the reduction electrode 1 having the reduction layer 12 made of a metal oxide having a hydroxyl group on the surface or an oxide or alloy containing at least an alkali metal and / or an alkaline earth metal as in the embodiment. The production efficiency of methanol can be sufficiently increased.

また、実施例1及び実施例2のように、還元層12を構成する金属酸化物は、CuO又はAg2Oであることが好ましい。この場合には、上述の表1に示すように、メタノールの生成効率を確実に高めることができる。 Moreover, as in Example 1 and Example 2, the metal oxide constituting the reduction layer 12 is preferably CuO or Ag 2 O. In this case, as shown in Table 1 above, the production efficiency of methanol can be reliably increased.

また、実施例3〜実施例7のように、アルカリ金属はLi及び/又はCsであり、アルカリ土類金属はCaであることが好ましい。さらに、還元層12は、Li2CuO2、Li2Cu、Cs2CuO2、CsAgO、又はCaFeOからなることがより好ましい。これらの場合には、上述の表1に示すように、メタノールの生成効率を確実に高めることができる。また、メタノールの生成効率をより高めるという観点からは、還元層12は、Li2CuO2、又はLi2Cuからなることがさらにより好ましい(表1参照)。 Further, as in Examples 3 to 7, the alkali metal is preferably Li and / or Cs, and the alkaline earth metal is preferably Ca. Furthermore, the reduction layer 12 is more preferably made of Li 2 CuO 2 , Li 2 Cu, Cs 2 CuO 2 , CsAgO, or CaFeO. In these cases, as shown in Table 1 above, the production efficiency of methanol can be reliably increased. Further, from the viewpoint of further increasing the production efficiency of methanol, the reducing layer 12 is more preferably made of Li 2 CuO 2 or Li 2 Cu (see Table 1).

また、本例においては、二酸化炭素を還元するための還元触媒として、ピリジンを用いた例について説明した。しかし、上述のメカニズムに基づけば、ピリジンだけでなく、他の三級アミン化合物を触媒に用いてもピリジンの場合と同様の反応中間体31が生成され、この反応中間体31と還元層12との反応性が高められることがわかる(図6参照)。したがって、還元触媒としては、各種三級アミン化合物を用いることが可能である。   In the present example, an example in which pyridine is used as a reduction catalyst for reducing carbon dioxide has been described. However, based on the above-mentioned mechanism, not only pyridine but also another tertiary amine compound is used as a catalyst, the same reaction intermediate 31 as in the case of pyridine is produced. It can be seen that the reactivity of is improved (see FIG. 6). Therefore, various tertiary amine compounds can be used as the reduction catalyst.

三級アミン化合物は、複素環アミンであることが好ましく、ピリジン又はピリジン誘導体であることより好ましい。この場合には、上述の表1に示すように、メタノールの生成効率を確実に高めることができる。   The tertiary amine compound is preferably a heterocyclic amine, and more preferably pyridine or a pyridine derivative. In this case, as shown in Table 1 above, the production efficiency of methanol can be reliably increased.

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。   As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said Example, A various change is possible within the range which does not impair the meaning of this invention.

1 二酸化炭素還元電極
11 導電性の基板
12 還元層
2 酸化電極
3 電解液
6 二酸化炭素還元装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carbon dioxide reduction electrode 11 Conductive substrate 12 Reduction layer 2 Oxidation electrode 3 Electrolyte 6 Carbon dioxide reduction apparatus

Claims (8)

三級アミン化合物からなる還元触媒を含む水溶液からなる電解液(3)中で二酸化炭素を還元してメタノールを生成するために用いられる二酸化炭素還元電極(1)であって、
該二酸化炭素還元電極(1)は、導電性の基板(11)と、該基板(11)上に設けられた還元層(12)とを有し、
該還元層(12)は、表面に水酸基を有する金属酸化物、又は少なくともアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属を含む酸化物又は合金からなることを特徴とする二酸化炭素還元電極(1)。
A carbon dioxide reduction electrode (1) used for producing methanol by reducing carbon dioxide in an electrolyte solution (3) comprising an aqueous solution containing a reduction catalyst comprising a tertiary amine compound,
The carbon dioxide reduction electrode (1) has a conductive substrate (11) and a reduction layer (12) provided on the substrate (11),
The carbon dioxide reduction electrode (1), wherein the reduction layer (12) comprises a metal oxide having a hydroxyl group on the surface, or an oxide or alloy containing at least an alkali metal and / or an alkaline earth metal.
上記金属酸化物は、CuO又はAg2Oであることを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素還元電極(1)。 The carbon dioxide reduction electrode (1) according to claim 1, wherein the metal oxide is CuO or Ag 2 O. 上記アルカリ金属はLi及び/又はCsであり、上記アルカリ土類金属はCaであることを特徴とする請求項1に記載の二酸化炭素還元電極(1)。   The carbon dioxide reducing electrode (1) according to claim 1, wherein the alkali metal is Li and / or Cs, and the alkaline earth metal is Ca. 上記還元層(12)は、Li2CuO2、Li2Cu、Cs2CuO2、CsAgO、又はCaFeOからなることを特徴とする請求項3に記載の二酸化炭素還元電極(1)。 The carbon dioxide reduction electrode (1) according to claim 3, wherein the reduction layer (12) is made of Li 2 CuO 2 , Li 2 Cu, Cs 2 CuO 2 , CsAgO, or CaFeO. 上記還元層(12)は、Li2CuO2、又はLi2Cuからなることを特徴とする請求項4に記載の二酸化炭素還元電極(1)。 The carbon dioxide reducing electrode (1) according to claim 4, wherein the reducing layer (12) is made of Li 2 CuO 2 or Li 2 Cu. 上記三級アミン化合物は、複素環アミンであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の二酸化炭素還元電極(1)。   The carbon dioxide reducing electrode (1) according to any one of claims 1 to 5, wherein the tertiary amine compound is a heterocyclic amine. 上記三級アミン化合物は、ピリジン又はピリジン誘導体であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の二酸化炭素還元電極(1)。   The carbon dioxide reducing electrode (1) according to any one of claims 1 to 6, wherein the tertiary amine compound is pyridine or a pyridine derivative. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の二酸化炭素還元電極(1)と、酸化電極(2)と、該酸化電極(2)と上記二酸化炭素還元電極(1)とが浸漬された上記電解液(3)と、該電解液(3)中において上記二酸化炭素還元電極(1)と上記酸化電極(2)とを隔てるイオン交換膜(4)と、上記電解液(3)に二酸化炭素を供給する供給口(5)とを有することを特徴とする二酸化炭素還元装置(6)。   The carbon dioxide reduction electrode (1) according to any one of claims 1 to 7, the oxidation electrode (2), the oxidation electrode (2), and the carbon dioxide reduction electrode (1) are immersed in the above An electrolyte solution (3), an ion exchange membrane (4) separating the carbon dioxide reduction electrode (1) and the oxidation electrode (2) in the electrolyte solution (3), and carbon dioxide in the electrolyte solution (3). A carbon dioxide reduction device (6), characterized in that it has a supply port (5) for supplying water.
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