JP2022064166A - 電極触媒及びその製造方法、並びに水素の製造方法 - Google Patents
電極触媒及びその製造方法、並びに水素の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022064166A JP2022064166A JP2020172736A JP2020172736A JP2022064166A JP 2022064166 A JP2022064166 A JP 2022064166A JP 2020172736 A JP2020172736 A JP 2020172736A JP 2020172736 A JP2020172736 A JP 2020172736A JP 2022064166 A JP2022064166 A JP 2022064166A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal
- electrode
- catalyst
- electrode catalyst
- base material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 129
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 51
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 39
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 39
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 36
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 244
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 228
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 51
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 15
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 12
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 11
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 8
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 12
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract 2
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 abstract 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 33
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 24
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 20
- -1 inorganic acid salt Chemical class 0.000 description 20
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 15
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 239000013256 coordination polymer Substances 0.000 description 12
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 7
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004502 linear sweep voltammetry Methods 0.000 description 5
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 5
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000157 electrochemical-induced impedance spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 4
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 4
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 3
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical class OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical class OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I dipotassium trisodium dihydrogen phosphate hydrogen phosphate dichloride Chemical compound P(=O)(O)(O)[O-].[K+].P(=O)(O)([O-])[O-].[Na+].[Na+].[Cl-].[K+].[Cl-].[Na+] LOKCTEFSRHRXRJ-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 3
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 3
- 150000004674 formic acids Chemical class 0.000 description 3
- 150000003840 hydrochlorides Chemical class 0.000 description 3
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 3
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 3
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 3
- 150000003891 oxalate salts Chemical class 0.000 description 3
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 3
- 239000002953 phosphate buffered saline Substances 0.000 description 3
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 3
- 241000894007 species Species 0.000 description 3
- 150000003890 succinate salts Chemical class 0.000 description 3
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 3
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021607 Silver chloride Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 2
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 2
- 239000003002 pH adjusting agent Substances 0.000 description 2
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 1
- 229910001096 P alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000000908 ammonium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 239000006262 metallic foam Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- MOWMLACGTDMJRV-UHFFFAOYSA-N nickel tungsten Chemical compound [Ni].[W] MOWMLACGTDMJRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- OFNHPGDEEMZPFG-UHFFFAOYSA-N phosphanylidynenickel Chemical compound [P].[Ni] OFNHPGDEEMZPFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Catalysts (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
【課題】水素製造時の過電圧が低く、ターフェル勾配も小さく、かつ、電荷移動抵抗も小さい電極触媒及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、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、Ni、Co、Fe、Cu及びMnからなる群より選ばれる2種以上の金属元素と、V、Zn、Al、Ti、Mo及びWからなる群より選ばれる少なくとも1種の第3金属元素とを含む。本発明の電極触媒の製造方法は、金属M1源と、金属M2源と、金属M3源と、水を含む混合液を調製する工程1と、電極基材を前記混合液中に浸漬して加熱処理する工程2と、前記工程2で加熱処理された電極基材を焼成処理する工程3とを備える。【選択図】なし
Description
本発明は、電極触媒及びその製造方法、並びに水素の製造方法に関する。
水素は燃焼時にCO2排出がゼロであり、化石燃料に代わるクリーンなエネルギー源として期待されている。特に、水の電気分解法による水素製造方法は、太陽光、風力、水力等の再生可能なエネルギーを電力とするので、一切CO2を排出せず、クリーンな水素の製造方法として大きな期待が寄せられている。
水の電気分解用の電極としては、炭素基材等の電極基材上に白金粒子触媒を固定したものが知られている。しかしながら、白金は価格が高く、資源量にも限りがあるため、白金の使用量を低減する技術や白金代替触媒及び/又は電極の開発が求められている。
この観点から、例えば、特許文献1等には、水の電気分解用の電極として、ナノサイズの微細化構造を有する遷移金属(例えば、Co、Ni、Mn等)を含有する新規触媒が提案されている。
しかしながら、水の電気分解によって水素を製造するにあたり、近年、電極に求められる性能として、より低い過電圧であること、より小さいターフェル勾配であること、かつ、より低い電荷移動抵抗であることが挙げられており、これらの性能を高めるという点において、従来の電極には改善の余地が残されていた。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、水素製造時の過電圧が低く、ターフェル勾配も小さく、かつ、電荷移動抵抗も小さい電極触媒及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、少なくとも3種の特定の金属元素で触媒を形成することにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、例えば、以下の項に記載の主題を包含する。
項1
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、Ni、Co、Fe、Cu及びMnからなる群より選ばれる2種以上の金属元素と、V、Zn、Al、Ti、Mo及びWからなる群より選ばれる少なくとも1種の第3金属元素とを含む、電極触媒。
項2
前記触媒は薄膜状である、項1に記載の電極触媒。
項3
電極触媒の製造方法であって、
金属M1源と、金属M2源と、金属M3源と、水を含む混合液を調製する工程1と、
電極基材を前記混合液中に浸漬して加熱処理する工程2と、
前記工程2で加熱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及びM2は互いに異なってNi、Co、Fe、Cu及びMn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M3はV、Zn、Al、Ti、Mo及びW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4
項1又は2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。
項1
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、Ni、Co、Fe、Cu及びMnからなる群より選ばれる2種以上の金属元素と、V、Zn、Al、Ti、Mo及びWからなる群より選ばれる少なくとも1種の第3金属元素とを含む、電極触媒。
項2
前記触媒は薄膜状である、項1に記載の電極触媒。
項3
電極触媒の製造方法であって、
金属M1源と、金属M2源と、金属M3源と、水を含む混合液を調製する工程1と、
電極基材を前記混合液中に浸漬して加熱処理する工程2と、
前記工程2で加熱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及びM2は互いに異なってNi、Co、Fe、Cu及びMn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M3はV、Zn、Al、Ti、Mo及びW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4
項1又は2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。
本発明に係る電極触媒は、水素製造用に電極触媒として使用することができ、水素製造時の過電圧が低く、ターフェル勾配も小さく、かつ、電荷移動抵抗も小さい。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
1.電極触媒
本発明の電極触媒は、電極基材上に触媒を備え、前記触媒は、Ni、Co、Fe、Cu及びMnからなる群より選ばれる2種以上の金属元素と、V、Zn、Al、Ti、Mo及びWからなる群より選ばれる少なくとも1種の第3金属元素とを含む。
本発明の電極触媒は、電極基材上に触媒を備え、前記触媒は、Ni、Co、Fe、Cu及びMnからなる群より選ばれる2種以上の金属元素と、V、Zn、Al、Ti、Mo及びWからなる群より選ばれる少なくとも1種の第3金属元素とを含む。
つまり、本発明の電極触媒において、電極基材上の触媒は少なくとも3種類の金属元素を含有する。本明細書では、触媒に含まれる3種類の金属元素をそれぞれ、「金属M1」、「金属M2」及び「金属M3」と表記し、より具体的には、金属M1及び金属M2は、Ni、Co、Fe、Cu及びMnからなる群より選ばれ、金属M3は前記第3金属元素を表すものとする。
本発明の電極触媒は水素製造用に電極触媒として使用することができ、斯かる電極触媒を用いて水素を製造する場合、製造時の過電圧を低くすることができ、ターフェル勾配も小さくすることができ、かつ、電荷移動抵抗も小さくすることができる。
電極基材の種類は特に限定されず、例えば、公知の導電性の基材を広く採用することができる。電極基材としては、例えば、水の電気分解用の電極として使用されている基材を挙げることができ、具体例として、炭素基材、金属基材、ガラス基材等を挙げることができる。
炭素基材としては、カーボンペーパー、カーボンファイバーペーパー、炭素棒等が例示される。金属基材としては、ニッケル、チタン、鉄、銅等の金属単体の基材、あるいは、ニッケル-リン合金、ニッケル-タングステン合金、ステンレス合金等の基材又は各種金属フォーム(例えば、ニッケルフォーム、銅フォーム)等が例示される。ガラス基材としては、導電ガラス等が例示される。電極基材は、例えば、フォーム等の多孔質体であってもよい。
電極基材は、例えば、公知の製造方法で得ることができ、あるいは、市販品等から入手することもできる。電極基材の形状及び大きさは特に制限されず、使用目的や要求される性能により適宜選択することができる。例えば、電極基材の形状は、シート状、板状、棒状、メッシュ状等とすることができる。
本発明の電極触媒において、前記触媒は、電極基材上に形成されており、金属M1、金属M2及び金属M3を含有する。
金属M1及び金属M2は、互いに異なって、Ni、Co、Fe、Cu及びMnからなる群より選ばれる金属元素である。中でも金属M1及び金属M2は、一方がNiであり、他方がCuであることが好ましい。つまり、前記触媒は少なくともNi及びCuを含むことが好ましい。この場合、電極触媒は、水素製造時の過電圧をより低くすることができ、ターフェル勾配もより小さくすることができ、かつ、電荷移動抵抗もより小さくすることができる。触媒は、Ni、Co、Fe、Cu及びMnからなる群より選ばれる金属元素を2種以上含むことができ、2種のみであってもよい。
金属M3は、V、Zn、Al、Ti、Mo及びWからなる群より選ばれる金属元素である。中でも金属M3は、Vであることが好ましい。つまり、前記触媒は少なくともVを含むことが好ましい。この場合、電極触媒は、水素製造時の過電圧をより低くすることができ、ターフェル勾配もより小さくすることができ、かつ、電荷移動抵抗もより小さくすることができる。触媒は、V、Zn、Al、Ti、Mo及びWからなる群より選ばれる金属元素を1種以上含むことができ、1種のみであってもよい。
触媒は、本発明の効果が阻害されない限り、金属M1、金属M2及び金属M3以外に他の金属元素を含むことができる。もちろん、触媒に含まれる金属元素は、金属M1、金属M2及び金属M3の3種類のみであってもよい。ただし、この場合において、不可避的に含まれる金属元素は許容される。
前記触媒は、金属M1、金属M2及び金属M3を含む限り、その種類は特に限定されず、例えば、酸化物、水酸化物等の種々の化合物とすることができる。水素製造時の過電圧が低くなりやすく、ターフェル勾配もより小さくなりやすいという点で、触媒は、酸化物であることが好ましい。斯かる酸化物は、2種以上の酸化物の混合物であってもよいし、2種以上の金属で形成される複合酸化物であってもよいし、これらの両方を含むものであってもよい。
水素製造時の過電圧が低くなりやすく、ターフェル勾配もより小さくなりやすいという点で、触媒は、金属M1の酸化物、金属M2の酸化物、及び、金属M3の酸化物をそれぞれ含む混合物であることが好ましく、あるいは、金属M1、金属M2、及び、金属M3のうちの2種以上を含む複合酸化物であることが好ましく、金属M1の酸化物、金属M2の酸化物、及び、金属M3の酸化物をそれぞれ含む混合物であることが特に好ましい。
触媒に含まれる金属M1、金属M2及び金属M3の含有量は特に限定されない。例えば、触媒に含まれる金属M1、金属M2及び金属M3の総モル数に対して、金属M1の含有割合は、5~25モル%であることが好ましく、10~15モル%であることがより好ましく、残部は金属M2及びM3とすることができる。また、触媒に含まれる金属M1、金属M2及び金属M3の総モル数に対して、金属M2の含有割合は、45~60モル%であることが好ましく、50~55モル%であることがより好ましく、残部は金属M1及びM3とすることができる。また、触媒に含まれる金属M1、金属M2及び金属M3の総モル数に対して、金属M3の含有割合は、15~50モル%であることが好ましく、30~35モル%であることがより好ましく、残部は金属M1及びM2とすることができる。
触媒が金属M1、金属M2及び金属M3を含むことで、電極触媒は、水素製造時の過電圧をより低くすることができ、ターフェル勾配もより小さくすることができ、かつ、電荷移動抵抗もより小さくすることができる。金属M1と金属M2と金属M3がどのような組み合わせであっても、本発明の効果は阻害されない。中でも、前記金属M1及びM2は一方がNi、他方がCuであり、金属M3がVである組み合わせが好ましい。
本発明の電極触媒において、触媒の形状は、電極基材上に形成されている限り、特に限定されない。例えば、触媒は、薄膜状であることが好ましい。つまり、触媒は、電極基材上に薄膜として形成されていることが好ましい。斯かる薄膜の厚みは特に限定されず、例えば、0.1~500umとすることができ、中でもナノシート状であることが特に好ましい。触媒がナノシート状に形成されている場合、その厚みが200~500nmである。触媒は、電極基材の一部又は全部を被覆することができる。
本発明の電極触媒において、触媒が薄膜状に形成されている場合、薄膜は多孔質構造を有することもできる。また、薄膜は単層のみならず積層構造を有することもできる。
特に、本発明の電極触媒は、触媒中に第3金属元素(例えば、V元素)が存在することで、触媒中に金属元素が均一に分布しやすくなり、また、多孔質構造の成長も促されやすくなり、結果として、優れた触媒性能が発現され得る。
本発明の電極触媒は、電極基材及び触媒のみで形成されていてもよいし、本発明の効果が阻害されない程度である限りは、他の材料が組み合わされてもよい。電極触媒は、例えば、電極基材上に直接(他の層等を介さずに)触媒が形成され得る。電極触媒において、触媒上には何らの層も形成されていないことが好ましい。
本発明の電極触媒は、いわゆる三金属酸化物電極であることから、従来の電極触媒と比べて、水素製造時の過電圧を低くすることが可能であり、ターフェル勾配も低くすることができ、また、簡便な方法で製造することができる。
従って、本発明の電極触媒は、各種電気分解の電極への使用に適しており、特に、水の電気分解用の電極として使用した場合、優れた水素発生効率をもたらすことができることから、水素発生用の電極への使用に適している。
本発明の電極触媒の製造方法は特に制限されず、例えば、公知の製造方法を広く採用することができる。例えば、後記する工程1、工程2及び工程3を含む製造方法によって、本発明の電極触媒を製造することができる。
2.電極触媒の製造方法
本発明の製造方法は、下記の工程1、工程2及び工程3を少なくとも備える。
工程1;金属M1源と、金属M2源と、金属M3源と、水を含む混合液を調製する工程。
工程2;電極基材を前記混合液中に浸漬して加熱処理する工程。
工程3;前記工程2で加熱処理された電極基材を焼成処理する工程。
本発明の製造方法は、下記の工程1、工程2及び工程3を少なくとも備える。
工程1;金属M1源と、金属M2源と、金属M3源と、水を含む混合液を調製する工程。
工程2;電極基材を前記混合液中に浸漬して加熱処理する工程。
工程3;前記工程2で加熱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及びM2は互いに異なってNi、Co、Fe、Cu及びMn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M3はV、Zn、Mn、Al、Ti、Mo及びWからなる群より選ばれる少なくとも1種(つまり、前述の第3金属元素)である。
(工程1)
工程1は、金属M1源と、金属M2源と、金属M3源と、水を含む混合液を調製するための工程である。金属M1源、金属M2源及び金属M3源にそれぞれ含まれる金属M1、金属M2及び金属M3は、前述の触媒に含まれる金属M1、金属M2及び金属M3にそれぞれ対応する。
工程1は、金属M1源と、金属M2源と、金属M3源と、水を含む混合液を調製するための工程である。金属M1源、金属M2源及び金属M3源にそれぞれ含まれる金属M1、金属M2及び金属M3は、前述の触媒に含まれる金属M1、金属M2及び金属M3にそれぞれ対応する。
従って、金属M1及び金属M2は、一方がNiであり、他方がCuであることが好ましく、金属M3は、Vであることが好ましい。
金属M1源は、金属M1を含む限り特に限定されず、例えば、金属M1単体、又は、金属M1を含有する化合物が例示され、金属M1を含有する化合物が好ましい。
金属M1を含有する化合物の種類は特に限定されない。例えば、金属M1を含有する化合物としては、金属M1の無機酸塩、金属M1の有機酸塩、金属M1の水酸化物及び金属M1のハロゲン化物等を広く使用することができる。
金属M1の無機酸塩としては、公知の化合物を広く採用することができ、例えば、金属M1の硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩及びリン酸水素塩等からなる群より選ばれる1種以上を挙げることができる。電極触媒の製造が容易になるという点で、金属M1の無機酸塩としては、金属M1の硝酸塩であることが好ましい。
金属M1の有機酸塩としては、公知の化合物を広く採用することができ、例えば、金属M1の酢酸塩、シュウ酸塩、蟻酸塩、コハク酸塩等からなる群より選ばれる1種以上を挙げることができる。
第1工程で使用する金属M1源は1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用することもできる。金属M1を含む化合物は、公知の製造方法で得ることができ、あるいは、市販の金属M1を含有する化合物を使用することもできる。
金属M2源は、金属M2を含む限り特に限定されず、例えば、金属M2単体、又は、金属M2を含有する化合物が例示され、金属M2を含有する化合物が好ましい。
金属M2を含有する化合物の種類は特に限定されない。例えば、金属M2を含有する化合物としては、金属M2の無機酸塩、金属M2の有機酸塩、金属M2の水酸化物及び金属M2のハロゲン化物等を広く使用することができる。
金属M2の無機酸塩としては、公知の化合物を広く採用することができ、例えば、金属M2の硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩及びリン酸水素塩等からなる群より選ばれる1種以上を挙げることができる。電極触媒の製造が容易になるという点で、金属M2の無機酸塩としては、金属M2の硝酸塩であることが好ましい。
金属M2の有機酸塩としては、公知の化合物を広く採用することができ、例えば、金属M2の酢酸塩、シュウ酸塩、蟻酸塩、コハク酸塩等からなる群より選ばれる1種以上を挙げることができる。
第1工程で使用する金属M2源は1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用することもできる。金属M2を含む化合物は、公知の製造方法で得ることができ、あるいは、市販の金属M2を含有する化合物を使用することもできる。
金属M3源は、金属M3を含む限り特に限定されず、例えば、金属M3単体、又は、金属M3を含有する化合物が例示され、金属M3を含有する化合物が好ましい。
金属M3を含有する化合物の種類は特に限定されない。例えば、金属M3を含有する化合物としては、金属M3の無機酸塩、金属M3のオキソアニオンを含む化合物(金属酸塩)、金属M3の無機酸塩、金属M3の有機酸塩、金属M3の水酸化物及び金属M3のハロゲン化物等を広く使用することができる。
金属M3の無機酸塩としては、公知の化合物を広く採用することができ、例えば、金属M3の硝酸塩、塩酸塩、硫酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、リン酸塩及びリン酸水素塩等からなる群より選ばれる1種以上を挙げることができる。電極触媒の製造が容易になるという点で、金属M3の無機酸塩としては、金属M3の硝酸塩であることが好ましい。
金属M3の有機酸塩としては、公知の化合物を広く採用することができ、例えば、金属M3の酢酸塩、シュウ酸塩、蟻酸塩、コハク酸塩等からなる群より選ばれる1種以上を挙げることができる。
金属M3のオキソアニオンを含む化合物(金属酸塩)としては、例えば、金属M3のオルト酸塩、金属M3のメタ酸塩等を挙げることができる。
第1工程で使用する金属M3源は1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用することもできる。金属M3を含む化合物は、公知の製造方法で得ることができ、あるいは、市販の金属M3を含有する化合物を使用することもできる。
第1工程で使用する金属M1源、金属M2源及び金属M3源が塩である場合、塩の種類は特に限定されず、例えば、アンモニウム塩等が挙げられる。
第1工程で、混合液を調製する方法は特に限定されず、例えば、金属M1源と、金属M2源と、金属M3源と、水を適宜の手段で混合することで混合液を得ることができる。混合液は水以外に他の溶媒、例えば、低級アルコール化合物を含むことができるし、溶媒は水のみであってもよい。第1工程で、混合液を調製する際の温度及び混合時間も特に限定されない。
混合液中の水の含有量は特に限定されない。溶解性及び反応性が優れる観点から、水100mLあたり、金属M1源、金属M2源及び金属M3源の総濃度が1~200mmolであることが好ましく、5~150mmolであることがより好ましく。10~100mmolであることがさらに好ましい。
混合液中の金属M1、金属M2及び金属M3の含有割合は特に限定されない。例えば、混合液中の金属M1、金属M2及び金属M3の総モル数に対して、金属M1の含有割合は、5~25モル%であることが好ましく、10~15モル%であることがより好ましく、残部は金属M2及びM3とすることができる。また、混合液中の金属M1、金属M2及び金属M3の総モル数に対して金属M2の含有割合は、45~60モル%であることが好ましく、50~55モル%であることがより好ましく、残部は金属M1及びM3とすることができる。また、混合液中の金属M1、金属M2及び金属M3の総モル数に対して、金属M3の含有割合は、15~50モル%であることが好ましく、30~35モル%であることがより好ましく、残部は金属M1及びM2とすることができる。
工程1で金属M1源と、金属M2源と、金属M3源と、水とを混合することで、沈殿物が生じ得る。たとえば、金属M1源、金属M2源及び金属M3源が金属M1を含有する化合物、金属M2を含有する化合物及び金属M3を含有する化合物である場合、水酸化物の沈殿物が生成し得る。
混合液には適宜、酸を添加することで混合液のpHを調節することもできる。特に、前述の沈殿物が生じた場合、酸の添加によって沈殿物が溶解し、混合液は水溶液となり得る。酸の種類は特に限定されず、塩酸、硝酸、硫酸等の各種無機酸を使用することができる。混合液のpHも特に限定されず、好ましくは7以下、より好ましくは5以下、さらに好ましくは3以下である。
混合液は、その他の各種添加剤を含むこともできる。他の添加剤としては、例えば、pH調整剤を挙げることができる。pH調整剤としては、尿素(CO(NH2)2)、NH4F、水酸化アンモニウム等を挙げることができる。pH調整剤は1種のみ又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
(工程2)
工程2では、電極基材を前記工程1で調製した混合液中に浸漬し、次いで、加熱処理を行う。
工程2では、電極基材を前記工程1で調製した混合液中に浸漬し、次いで、加熱処理を行う。
工程2で使用する電極基材の種類は特に限定されず、前述の電極触媒で使用する電極基材と同様である。従って、工程2で使用する電極基材としては、例えば、炭素基材、金属基材、ガラス基材等を挙げることができる。
工程2では、具体的に、反応容器に収容した混合液中に電極基材を浸漬して加熱処理をする。工程2において、原料に電極基材を浸漬する方法は特に限定されず、通常は、電極基材の全体が混合液に浸されるように浸漬を行うことができる。反応容器として、耐圧式のオートクレーブを挙げることができる。オートクレーブの内面は、えば、テフロン(登録商標)等のフッ素樹脂でコーティングすることができる。
電極基材は、混合液に浸漬する前にあらかじめ洗浄処理することもできる。洗浄処理の方法は特に限定されず、公知の方法を広く採用することができる。例えば、電極基材を塩酸、硝酸又は硫酸等の無機酸で洗浄する方法が挙げられる。酸洗浄するにあたっては、超音波処理を組み合わせることもできる。酸洗浄後は、アルコール及び水等の溶媒でさらに洗浄してもよい。
工程2の加熱処理の方法としては、例えば、容器内にて電極基材を原料に浸漬した状態で容器を密閉し、該容器内を加熱する、いわゆる水熱合成法を挙げることができる。この水熱合成法により、電極基材上に金属M1、金属M2及び金属M3を含む化合物が形成される。斯かる化合物は、例えば、水酸化物である。この場合、水酸化物は、金属M1、金属M2及び金属M3の複合酸化物であってもよいし、あるいは、金属M1、金属M2及び金属M3のそれぞれの水酸化物の混合物であってもよい。
工程2において、加熱処理時の容器内の温度は特に制限されず、例えば、100~250℃とすることができ、120~180℃であることが好ましい。加熱時間も特に限定されず、加熱温度に応じて適宜決定することができ、例えば、6~24時間とすることができる。加熱処理時の容器内の圧力も適宜設定することができる。
加熱処理(水熱合成)の後は、容器から電極基材を取り出し、この電極基材の焼成を次の工程3で行う。工程2の加熱処理により、電極基材表面に金属M1、金属M2及び金属M3を含む化合物、例えば、金属M1、金属M2及び金属M3を含む前記水酸化物が形成される。
容器から電極基材を取り出した電極基材は、適宜、洗浄及び乾燥処理をすることができる。
(工程3)
工程3では、前記工程2で加熱処理された電極基材を焼成処理する。焼成の方法は特に限定されず、例えば、公知の焼成方法を広く採用することができる。
工程3では、前記工程2で加熱処理された電極基材を焼成処理する。焼成の方法は特に限定されず、例えば、公知の焼成方法を広く採用することができる。
焼成温度は、例えば、250~600℃とすることができ、300~550℃であることが好ましく、350~500℃であることがさらに好ましい。焼成時間は、焼成温度によって適宜選択すればよく、例えば、1~5時間とすることができる。第1工程において、焼成を行う際の昇温速度も特に限定されず、所望の酸化物が形成される程度に適宜設定することができる。
焼成は、空気中及び不活性ガス雰囲気中のいずれで行ってもよい。焼成は、例えば、市販の加熱炉等の公知の加熱装置を使用することができる。
工程3で行われる焼成によって、電極基材上に金属M1、金属M2及び金属M3を含む酸化物が形成される。例えば、電極基材上の水酸化物が酸化物へと変化し、金属M1、金属M2及び金属M3を含む酸化物で修飾された電極基材を得ることができる。
以上の工程1~工程3を含む製造方法により、電極基材に少なくとも3種の金属元素を触媒として備える電極触媒が製造される。
3.水素の製造方法
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、前述の本発明の電極触媒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。
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、前述の本発明の電極触媒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。
本発明の水素の製造方法は、電極触媒を、例えば、カソードとして使用することができる。
一方、本発明の水素の製造方法において、アノードとしては、一般に水の電気分解においてアノードとして用いられる電極を使用することができる。例えば、炭素、白金、金などの貴金属などを素材とする電極をカソードとして用いることができる。
本発明の水素の製造方法において、電気分解で使用する水溶液としては、一般に水の電気分解において用いられる成分を含む水溶液を使用することができる。水溶液は、ヨウ素、臭素などのハロゲン、硫酸イオンなどを含むこともできる。なお、ヨウ素を含む水溶液を用いる場合、アノードにおいてヨウ素酸イオンが生成される。水溶液は酸性領域、中性領域及びアルカリ性領域のいずれでもよい。例えば、アルカリ領域では、KOH,NaOH等の水溶液を使用することができ、酸性領域では、塩酸、硫酸等の水溶液を使用することができ、中性領域では、PBS(リン酸緩衝生理食塩水)等を使用することができる。
水素の製造方法の具体的な例を挙げると、本発明の電極触媒をカソード、白金板をアノードとし、KOH、H2SO4又はPBS水溶液を電解液として、電圧を印加する。これにより、カソードにおいて水素を生成させることができる。また、印加電圧を増加させることにより、水素の生成速度を上昇させることができる。
水素の製造方法により製造された水素は、燃料電池や水素エンジンなどの燃料として好ましく使用することができる。
本発明の水素の製造方法では、前記電極触媒を電極として使用することから、過電圧の上昇が起こりにくく、水素を効率よく製造することができる。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例の態様に限定されるものではない。
まず、蒸留水20mLに、1mmolのNi(NO3)2・6H2Oと、4mmolのCu(NO3)2・3H2Oと、2.5mmolのNH4VO3と、4mmolのNH4Fと、5mmolの尿素とを添加し、30分間攪拌して混合液を得た。次いで、混合液のpHが3以下になるまで6Mの硝酸を加えた。これにより、混合液に存在していた沈殿物は溶解し、混合液は水溶液となった(工程1)。
一方、2cm角の市販のカーボンファイバー紙(以下、「CP」と略記する)が収容されたテフロン(登録商標)内筒式オートクレーブに前記水溶液を加えることで、CPを水溶液中に浸漬した。なお、CPはあらかじめ6Mの硝酸中で3時間の超音波前処理を行い、その後、エタノール及び脱イオン水の順に数回洗浄した。CPを水溶液に浸漬した状態にてオートクレーブを密閉し、この内部を180℃まで加熱して、12時間保持した(工程2)。その後、CPをオートクレーブから取り出し、エタノールと蒸留水で数回洗浄した後、80℃の真空オーブンで一晩乾燥させた。
上記乾燥したCPを電熱炉に静置し、2℃/分の加熱速度で450℃まで昇温し、3時間保持した。これにより、電極基材に触媒が形成された電極触媒を得た。斯かる電極触媒を「Ni0.1Cu0.4V0.25@CP」または「Ni0.1Cu0.4V0.25/CP」と表記した。
(比較例1)
NH4VO3を使用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。斯かる電極触媒を「Ni0.1Cu0.4@CP」または「Ni0.1Cu0.4/CP」と表記した。
NH4VO3を使用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。斯かる電極触媒を「Ni0.1Cu0.4@CP」または「Ni0.1Cu0.4/CP」と表記した。
(比較例2)
Ni(NO3)2を使用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。斯かる電極触媒を「Cu0.4V0.25@CP」または「Cu0.4V0.25/CP」と表記した。
Ni(NO3)2を使用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。斯かる電極触媒を「Cu0.4V0.25@CP」または「Cu0.4V0.25/CP」と表記した。
(比較例3)
Cu(NO3)2を使用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。斯かる電極触媒を「Ni0.1V0.25@CP」または「Ni0.1V0.25/CP」と表記した。
Cu(NO3)2を使用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。斯かる電極触媒を「Ni0.1V0.25@CP」または「Ni0.1V0.25/CP」と表記した。
(比較例4)
Ni(NO3)2及びCu(NO3)2を使用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。斯かる電極触媒を「V0.25@CP」または「V0.25/CP」と表記した。
Ni(NO3)2及びCu(NO3)2を使用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。斯かる電極触媒を「V0.25@CP」または「V0.25/CP」と表記した。
図1は、実施例1及び各比較例で得られた電極触媒表面のSEM画像を示している。具体的に、図1中のAは、触媒が形成されていないCP表面のSEM画像であり、Bは比較例1、Cは比較例3、Dは比較例2、Eは比較例4、F及びGは実施例1の電極触媒のSEM画像である。図1のH及びIは、実施例1で得られた電極触媒のEDX元素マッピングの画像であり、Hは、Ni,V,Cu,O元素の分布状態を、Iはこれらの元素毎の分布状態を示す。
図1のSEM画像から、実施例1で得られた電極触媒は、電極基材上にナノシート状の触媒が多孔質構造として形成されていることがわかり、電極基材上に均一に触媒が形成されていることがわかった。実施例1と比較例1~4との対比から、バナジウムの導入は、多孔質ナノシート構造の成長に影響を与える上で重要な役割を果たすといえ、より緻密で高い比表面積を有する構造を触媒にもたらし得るといえる。
図1のEDX元素マッピングから、Ni、CuおよびVは電極基材上に均一に分布していることが示された。
図2(a)は、実施例1及び各比較例で得られた電極触媒を使用したリニアスイープボルタンメトリーの測定結果を示す。この測定では、陽極として実施例1及び各比較例で得られた電極触媒を、陰極として白金板(対極)を、参照電極としてAg/AgCl電極を使用し、水素発生(HER)試験を行った。また、電解液は、1MのKOH水溶液(pH=14)を用いた。本実施例においてリニアスイープボルタンメトリー曲線等の電気特性の評価においては、標準3電極セルと共に米国VersaSTAT4 ポテンションスタットガルバノスタット電気化学ワークステーションを用いた。
図2(b)は、(a)に示すリニアスイープボルタンメトリー曲線から算出したターフェル勾配を示している。
図2(c)は、実施例1及び各比較例で得られた電極触媒それぞれの電気化学インピーダンス(EIS)測定結果を示している。この測定は、三電極電気化学測定装置を使用した電気化学インピーダンス分光法(Electrochemical impedance spectroscopy(EIS)により、1MのKOH溶液中で行った。ここで、測定の周波数範囲は0.01Hz~0.1MHzとし、測定電圧は-0.35V vs Ag/AgClとした。この図2(c)からは、電極/電解質の界面抵抗を判断することができる。
表1は、図2(a)、(b)及び(c)の結果に基づいて導き出した各電極触媒の10mAcm-2における過電圧、ターフェル勾配及び電荷移動抵抗(Rct)の結果を示している。この結果から、実施例1で得られた電極触媒は、過電圧が最も低く、ターフェル勾配も最高の性能を示し、また、電荷移動抵抗も最小であった。従って、実施例1で得られた電極触媒は、良好な触媒反応速度を示すものであって、ラメラナノシート構造が水素発生速度を高めるだけではなく電子伝導性の向上にも有利であるといえる。
図3(a)は、実施例1で得られた電極触媒を陽極に用いた場合の多電流ステップクロノポテンシオメトリ曲線であって、電流密度が-10mA/cm2~-300mA/cm2までの範囲で50mA/cm2間隔で測定(電解液は1MのKOH水溶液を使用)して得られた電位-時間グラフである。
図3(b)は、実施例1及び各比較例で得られた電極触媒の10mAcm-2における過電圧と50mAcm-2における過電圧のまとめである。なお、横軸の実施例及び各比較例において、1対の棒グラフの左が10mAcm-2における過電圧、右が50mAcm-2における過電圧である。ただし、比較例2及び4では、10mAcm-2における過電圧のみを表記している。
図3(a)から、実施例1で得られた電極触媒は、様々な電流密度で安定な電位を維持できるため、アルカリ性溶液中の水素発生に対して優れた質量輸送特性と機械的堅牢性を示すことがわかった。また、図3(b)から、触媒へのVのドーピングは、50mAcm-2という高電流密度であっても148mVという低い過電圧を示すこともわかった。
Claims (4)
- 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、Ni、Co、Fe、Cu及びMnからなる群より選ばれる2種以上の金属元素と、V、Zn、Al、Ti、Mo及びWからなる群より選ばれる少なくとも1種の第3金属元素とを含む、電極触媒。 - 前記触媒は薄膜状である、請求項1に記載の電極触媒。
- 電極触媒の製造方法であって、
金属M1源と、金属M2源と、金属M3源と、水を含む混合液を調製する工程1と、
電極基材を前記混合液中に浸漬して加熱処理する工程2と、
前記工程2で加熱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及びM2は互いに異なってNi、Co、Fe、Cu及びMn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M3はV、Zn、Al、Ti、Mo及びW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又は2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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020172736A JP2022064166A (ja) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | 電極触媒及びその製造方法、並びに水素の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020172736A JP2022064166A (ja) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | 電極触媒及びその製造方法、並びに水素の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022064166A true JP2022064166A (ja) | 2022-04-25 |
Family
ID=81378692
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020172736A Pending JP2022064166A (ja) | 2020-10-13 | 2020-10-13 | 電極触媒及びその製造方法、並びに水素の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2022064166A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023229382A1 (ko) * | 2022-05-24 | 2023-11-30 | 롯데케미칼 주식회사 | 전이금속 산화물 복합체 및 이의 제조방법과 용도 |
-
2020
- 2020-10-13 JP JP2020172736A patent/JP2022064166A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2023229382A1 (ko) * | 2022-05-24 | 2023-11-30 | 롯데케미칼 주식회사 | 전이금속 산화물 복합체 및 이의 제조방법과 용도 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6406682B1 (ja) | 電極の製造方法及び水素の製造方法 | |
US20180327918A1 (en) | Electrode material | |
WO2022094871A1 (zh) | 一种超级电容器用复合电极材料及其制备方法和超级电容器 | |
JP7408716B2 (ja) | 電極触媒用途向けの金属ドープ酸化スズ | |
CN112023961B (zh) | 基于P-MoS2@CoP复合材料全水解催化剂制备方法 | |
JP2020070450A (ja) | 電極触媒及びその製造方法 | |
WO2018047961A1 (ja) | アルカリ水電解用陽極の製造方法及びアルカリ水電解用陽極 | |
JP6975297B1 (ja) | アルカリ水電解用アノード | |
JP7353599B2 (ja) | 電極触媒及びその製造方法、並びに水素の製造方法 | |
JP2009179871A (ja) | 電気分解セル、及び水素製造装置 | |
JP7125707B2 (ja) | 電極の製造方法、電極及び水素の製造方法 | |
AU2021268187A1 (en) | An anion exchange membrane electrolyzer having a platinum-group-metal free self-supported oxygen evolution electrode | |
JP6741545B2 (ja) | 固体高分子形燃料電池用の触媒及びその製造方法 | |
KR20140012016A (ko) | 전극촉매 | |
JP4937527B2 (ja) | 燃料電池用白金触媒及びこれを含む燃料電池 | |
JP2022064166A (ja) | 電極触媒及びその製造方法、並びに水素の製造方法 | |
JP7142862B2 (ja) | 電極の製造方法、電極及び水素の製造方法 | |
CN113584521B (zh) | 枝叶型异质结构全解水催化剂及其制备方法 | |
JP2020104083A (ja) | 電極触媒及びその製造方法、並びに水素の製造方法 | |
CN117107286A (zh) | 一种NiFe基复合析氧阳极的批量制备方法 | |
KR102438940B1 (ko) | 몰리브덴과 인이 도핑된 코발트 나노구조체를 포함하는 물 분해 전기화학 촉매 및 이의 제조방법 | |
US20220282386A1 (en) | Water electrolysis electrode containing catalyst having three-dimensional nanosheet structure, method for manufacturing same, and water electrolysis device including same | |
JP2023152062A (ja) | 酸素発生電極、水の電気分解方法及び酸素発生電極の製造方法 | |
JP2023020050A (ja) | 電極触媒、酸素発生電極及び水の電気分解方法 | |
JP2023119470A (ja) | 酸素発生電極及びその製造方法、並びに酸素発生電極及び水の電気分解方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230704 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240326 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240327 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240501 |