JP2021070864A - 電極触媒及びその製造方法、並びに水素の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
項1
銅を含む電極基材上に触媒を備える電極触媒であって、
前記触媒は少なくとも銅の酸化物と、金属M1及び金属M2を含む複合酸化物とを含有し、
前記金属M1は、ニッケル、鉄及びコバルトからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、
前記金属M2は、マンガン、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、電極触媒。
項2
前記銅の酸化物はナノワイヤ状に形成されている、項1に記載の電極触媒。
項3
前記複合酸化物は、前記銅の酸化物を被覆するように形成されている、項1又は2に記載の電極触媒。
項4
電極触媒の製造方法であって、
銅を含む電極基材を電気酸化処理して、電極基材上に銅を含む化合物を形成する工程1と、
前記銅を含む化合物が形成された電極基材を、金属M1及び金属M2を含む溶液中で電着処理する工程2と、
前記電着処理された電極基材を焼成処理する工程3と、
を備え、
前記金属M1は、ニッケル、鉄及びコバルトからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、
前記金属M2は、マンガン、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、電極触媒の製造方法。
項5
項1〜3のいずれか1項に記載の電極触媒を使用して電解処理を行う工程を含む、水素の製造方法。
本発明の電極触媒は、銅を含む電極基材上に触媒を備える。前記触媒は少なくとも銅の酸化物と、金属M1及び金属M2を含む複合酸化物とを含有し、前記金属M1は、ニッケル、鉄及びコバルトからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、前記金属M2は、マンガン、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1種である。
本発明の電極の製造方法は、下記工程1、工程2及び工程3を備える。
工程1:銅を含む電極基材を電気酸化処理して、電極基材上に銅を含む化合物を形成する工程。
工程2:前記銅を含む化合物が形成された電極基材を、金属M1及び金属M2を含む溶液中で電着処理する工程。
工程3:前記電着処理された電極基材を焼成処理する工程。
ここで、前記金属M1は、ニッケル、鉄及びコバルトからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、前記金属M2は、マンガン、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1種である。
は20〜30℃とすることができる。
本発明の水素の製造方法は、前述の本発明の電極触媒を使用して電解処理を行う工程を含む。あるいは、本発明の水素の製造方法は、前述の本発明の製造方法で得られた電極触媒を使用して電解処理を行う工程を含む。
Cuフォーム(1.5cm×1.5cm)を1M塩酸に浸漬して10分間の超音波前処理を行い、Cuフォーム表面の酸化物層を除去した後、エタノール及び水の順に数回洗浄した。このCuフォームを作用電極に、Ptワイヤーを対電極に、Ag/AgClを参照電極に使用した三電極システムを用いた電気化学的参加(陽極酸化)プロセスによって、銅フォーム上に銅を含む化合物のナノワイヤを形成させた(工程1)。この陽極酸化プロセスでは、3MのKOH水溶液40mL中で電位差測定法を用い、電流80mAで、1200秒の条件とした。このようにして得られたCu(OH)2ナノワイヤ被覆銅フォームを、脱イオン水で数回洗浄し、室温で一晩乾燥させた。
工程2で使用した溶液において、NiとMnとのモル比Ni:Mn=1:1に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で電極触媒を得た。
工程2で使用した溶液において、NiとMnとのモル比Ni:Mn=4:1に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で電極触媒を得た。
Cuフォーム(1.5cm×1.5cm)を1M塩酸に浸漬して10分間の超音波前処理を行い、Cuフォーム表面の酸化物層を除去した後、エタノール及び水の順に数回洗浄した。このCuフォームを電極触媒として得た。得られた電極触媒を「Cu foam」と命名した。
工程2の電着処理及び工程3の焼成処理をしなかったこと以外は実施例1と同様の方法で電極触媒を得た。得られた電極触媒を「Cu(OH)2NWs/CF」と命名した。
工程2で使用する溶液を、マンガンを含み、ニッケルを含まない溶液に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で電極触媒を得た。この溶液は、脱イオン水と、Mn(NO3)2・4H2Oとを用いて調製し、マンガンの濃度が0.1Mとなるようにした。得られた電極触媒を「CuONWs@Mn oxide/CF」と命名した。
工程2で使用する溶液を、ニッケルを含み、マンガンを含まない溶液に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で電極触媒を得た。この溶液は、脱イオン水と、Ni(NO3)2・6H2Oとを用いて調製し、ニッケルの濃度が0.1Mとなるようにした。得られた電極触媒を「CuONWs@Ni oxide/CF」と命名した。
図1は、各実施例及び比較例で得られた電極触媒表面のSEM(走査型電子顕微鏡)画像を示している。具体的に図1のAは比較例2、Bは比較例3、Cは比較例4、D及びEは実施例1で得られた電極触媒表面のSEM画像であって、特には電極に形成された触媒表面のSEM画像である。また、図1のFは、実施例1で得られた電極触媒のEDSマッピング結果の画像を示す。なお、SEM観察は、日立ハイテクノロジーズ社製「走査電子顕微鏡SU8010」を使用して行った。
Claims (5)
- 銅を含む電極基材上に触媒を備える電極触媒であって、
前記触媒は少なくとも銅の酸化物と、金属M1及び金属M2を含む複合酸化物とを含有し、
前記金属M1は、ニッケル、鉄及びコバルトからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、
前記金属M2は、マンガン、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、電極触媒。 - 前記銅の酸化物はナノワイヤ状に形成されている、請求項1に記載の電極触媒。
- 前記複合酸化物は、前記銅の酸化物を被覆するように形成されている、請求項1又は2に記載の電極触媒。
- 電極触媒の製造方法であって、
銅を含む電極基材を電気酸化処理して、電極基材上に銅を含む化合物を形成する工程1と、
前記銅を含む化合物が形成された電極基材を、金属M1及び金属M2を含む溶液中で電着処理する工程2と、
前記電着処理された電極基材を焼成処理する工程3と、
を備え、
前記金属M1は、ニッケル、鉄及びコバルトからなる群より選ばれる少なくとも1種であり、
前記金属M2は、マンガン、チタン、バナジウム、クロム、モリブデン及びタングステンからなる群より選ばれる少なくとも1種である、電極触媒の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極触媒を使用して電解処理を行う工程を含む、水素の製造方法。
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