JP5946038B2 - Method for generating hydrogen from hydrazine compounds - Google Patents

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Description

本発明は、ヒドラジン化合物からの水素発生方法、及び該方法に用いる水素発生装置に関する。   The present invention relates to a method for generating hydrogen from a hydrazine compound and a hydrogen generator used in the method.

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

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

しかしながら、これらの方法は、工場規模での生産や実験室で用いる程度の量の水素発生には利用可能であるが、所要量の水素燃料を継続的に供給でき、しかも小型化が要求される、自動車搭載用燃料電池;携帯電話用、パーソナルコンピュータ用等のポータブル燃料電池等の水素供給方法としては不適当である。   However, these methods can be used for production on a factory scale or generation of hydrogen to the extent that they can be used in laboratories, but the required amount of hydrogen fuel can be continuously supplied, and downsizing is required. It is unsuitable as a hydrogen supply method for automobile fuel cells; portable fuel cells for mobile phones, personal computers, and the like.

ヒドラジン(H2NNH2)は、室温で液体であり、取り扱いが容易であることに加えて、高い水素含有量を有する化合物であり、水素源として有望視されている。 Hydrazine (H 2 NNH 2 ) is a compound having a high hydrogen content in addition to being a liquid at room temperature and being easy to handle, and is regarded as a promising source of hydrogen.

ヒドラジン類を原料として水素を発生させる方法としては、ヒドラジン又はその誘導体を、ニッケル、コバルト、鉄、銅、パラジウム、白金等の水素発生用の金属触媒と接触させる方法が知られている(特許文献2参照)。しかしながら、この方法は、ヒドラジンを含有する水溶液を触媒と接触させて化学反応によって水素を発生させる方法であり、触媒との接触によって反応が開始した後は、水素発生を制御することが困難である。しかも、 上記した金属触媒を用いる場合には、水素発生反応の選択率が低く、十分な水素生成量が得られていないという問題点もある。   As a method for generating hydrogen using hydrazine as a raw material, a method in which hydrazine or a derivative thereof is brought into contact with a metal catalyst for hydrogen generation such as nickel, cobalt, iron, copper, palladium, platinum or the like is known (patent document). 2). However, this method is a method in which an aqueous solution containing hydrazine is brought into contact with a catalyst to generate hydrogen by a chemical reaction, and it is difficult to control hydrogen generation after the reaction has started by contact with the catalyst. . In addition, when the metal catalyst described above is used, there is a problem that the selectivity of the hydrogen generation reaction is low and a sufficient amount of hydrogen generation is not obtained.

特開昭61-42875号公報JP-A 61-42875 特開2006-244961号公報JP 2006-244961 A 特開2007−269514号公報JP 2007-269514 A

本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、ヒドラジン、ヒドラジン誘導体などのヒドラジン化合物を水素発生源として用いて、制御が可能な条件下で、効率良く水素を発生させることができる方法、及びこの方法に適した水素発生装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the current state of the prior art described above, and its main purpose is to use a hydrazine compound such as hydrazine or a hydrazine derivative as a hydrogen generation source under the conditions that can be controlled. It is an object of the present invention to provide a method capable of generating hydrogen well and a hydrogen generator suitable for this method.

本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、9族元素からなる金属、又は金属成分として8族元素若しくは9族元素を含み、配位子として窒素含有多環式化合物を含む金属錯体は、ヒドラジン化合物に対して電気化学的酸化触媒として良好な活性を有するものであり、同時に、ヒドラジン化合物の自己分解反応に対する活性が非常に低いことを見出した。そして、これらの金属錯体又は金属をアノード触媒として用いることにより生じるヒドラジン化合物の電気化学的酸化反応を、カソードにおける水素発生反応と組み合わせることによって、水素の発生速度・発生量等の制御が可能となり、しかも、水素発生反応の際に生じる電気化学的エネルギーを有効利用することが可能となることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて更に研究を重ねた結果完成されたものである。   The present inventor has intensively studied to achieve the above-described object. As a result, a metal complex comprising a group 9 element or a group 8 element or group 9 element as a metal component and a nitrogen-containing polycyclic compound as a ligand is an electrochemical oxidation catalyst for a hydrazine compound. As a result, it was found that the activity of the hydrazine compound in the autolysis reaction was very low. And, by combining the electrochemical oxidation reaction of the hydrazine compound generated by using these metal complexes or metals as an anode catalyst with the hydrogen generation reaction at the cathode, it becomes possible to control the hydrogen generation rate and generation amount, Moreover, it has been found that the electrochemical energy generated during the hydrogen generation reaction can be used effectively. The present invention has been completed as a result of further research based on these findings.

即ち、本発明は、下記の水素発生方法、及び該方法に用いる水素発生装置に関する。
項1. ヒドラジン化合物を含む水溶液中に、アノード極とカソード極を浸漬し、外部回路によって両極を電気的に接続することを含む水素発生方法であって、
アノード極が、(1)9族元素からなる金属、及び(2)金属成分として8族元素又は9族元素を含み、配位子として窒素含有多環式化合物を含む金属錯体、からなる群から選ばれた少なくとも一種をアノード触媒として含むものである、水素発生方法。
項2. カソード極が、10族元素からなる金属をカソード触媒として含むものである、項1に記載の水素発生方法。
項3. 更に、アノード極とカソード極間に接続した直流電源により、アノード極に正の電圧を印加することを含む、項1又は2に記載の水素発生方法。
項4. ヒドラジン化合物が、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、及びヒドラジン誘導体からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物である、項1〜3のいずれかに記載の水素発生方法。
項5. ヒドラジン化合物を含む水溶液が、pH11以上のアルカリ性水溶液である項1〜4のいずれかに記載の水素発生方法。
項6. 水素取出口を備えた、ヒドラジン化合物を含有する水溶液を収容する容器と、
該容器中に設置したアノード極及びカソード極と、
該アノード極とカソード極を電気的に接続する外部回路と、
該外部回路を開閉する開閉部とを有する水素発生装置であって、
該アノード極が、(1)9族元素からなる金属、及び(2)金属成分として8族元素又は9族元素を含み、配位子として窒素含有多環式化合物を含む金属錯体、からなる群から選ばれた少なくとも一種をアノード触媒として含むものである、水素発生装置。
項7. 水素取出口を備えた、ヒドラジン化合物を含有する水溶液を収容する容器と、
該容器中に設置したアノード極及びカソード極と、
該アノード極とカソード極の間に結合された直流電源とを有する水素発生装置であって、
該アノード極が、(1)9族元素からなる金属、及び(2)金属成分として8族元素又は9族元素を含み、配位子として窒素含有多環式化合物を含む金属錯体、からなる群から選ばれた少なくとも一種をアノード触媒として含むものである、水素発生装置。
項8. カソード極が、10族元素からなる金属をカソード触媒として含むものである、6又は7に記載の水素発生装置。
項9. 項6に記載の水素発生装置であって、アノード極用触媒として、開回路時のアノード極の電位がカソード極の電位より低い触媒を用いることを特徴とする自己発電作用を有する水素発生装置。
That is, the present invention relates to the following hydrogen generation method and a hydrogen generation apparatus used in the method.
Item 1. A hydrogen generation method comprising immersing an anode electrode and a cathode electrode in an aqueous solution containing a hydrazine compound and electrically connecting both electrodes by an external circuit,
From the group consisting of (1) a metal comprising a group 9 element and (2) a metal complex comprising a group 8 element or a group 9 element as a metal component and a nitrogen-containing polycyclic compound as a ligand. A hydrogen generation method comprising at least one selected as an anode catalyst.
Item 2. Item 2. The hydrogen generation method according to Item 1, wherein the cathode electrode contains a metal composed of a Group 10 element as a cathode catalyst.
Item 3. Item 3. The method for generating hydrogen according to Item 1 or 2, further comprising applying a positive voltage to the anode electrode by a DC power source connected between the anode electrode and the cathode electrode.
Item 4. Item 4. The method for generating hydrogen according to any one of Items 1 to 3, wherein the hydrazine compound is at least one compound selected from the group consisting of hydrazine, hydrazine hydrate, and hydrazine derivatives.
Item 5. Item 5. The method for generating hydrogen according to any one of Items 1 to 4, wherein the aqueous solution containing a hydrazine compound is an alkaline aqueous solution having a pH of 11 or more.
Item 6. A container containing an aqueous solution containing a hydrazine compound with a hydrogen outlet;
An anode electrode and a cathode electrode installed in the container;
An external circuit that electrically connects the anode and cathode;
A hydrogen generator having an opening / closing part for opening and closing the external circuit,
The anode is composed of (1) a metal composed of a group 9 element, and (2) a metal complex including a group 8 element or a group 9 element as a metal component and a nitrogen-containing polycyclic compound as a ligand. A hydrogen generator comprising at least one selected from the above as an anode catalyst.
Item 7. A container containing an aqueous solution containing a hydrazine compound with a hydrogen outlet;
An anode electrode and a cathode electrode installed in the container;
A hydrogen generator having a direct current power source coupled between the anode and the cathode,
The anode is composed of (1) a metal composed of a group 9 element, and (2) a metal complex including a group 8 element or a group 9 element as a metal component and a nitrogen-containing polycyclic compound as a ligand. A hydrogen generator comprising at least one selected from the above as an anode catalyst.
Item 8. 8. The hydrogen generator according to 6 or 7, wherein the cathode electrode contains a metal composed of a group 10 element as a cathode catalyst.
Item 9. Item 7. The hydrogen generator according to Item 6, wherein the anode electrode catalyst is a catalyst having an anode electrode potential lower than the cathode electrode potential in an open circuit.

以下、本発明の水素発生方法、及び該方法に用いる水素発生装置について説明する。   Hereinafter, the hydrogen generation method of the present invention and the hydrogen generation apparatus used in the method will be described.

(1)水素発生用化合物
本発明では、水素発生源となる化合物としては、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、及びヒドラジン誘導体からなる群から選ばれた少なくとも一種のヒドラジン化合物を用いる。
(1) Compound for generating hydrogen In the present invention, at least one hydrazine compound selected from the group consisting of hydrazine, hydrazine hydrate, and hydrazine derivatives is used as a compound that serves as a hydrogen generation source.

これらの内で、ヒドラジン誘導体の具体例としては、下記一般式   Among these, specific examples of hydrazine derivatives include the following general formula:

Figure 0005946038
Figure 0005946038

(式中、X1は、水素原子又は低級アルキル基を示す。)で表されるカルバジン酸エステル、下記一般式 (Wherein X 1 represents a hydrogen atom or a lower alkyl group), a carbazic acid ester represented by the following general formula

Figure 0005946038
Figure 0005946038

(式中、X2及びX3は、同一又は異なって、-NH2、水素原子又は低級アルキル基を示す。)で表されるカルバジン酸アミドなどを挙げることができる。 (Wherein, X 2 and X 3 are the same or different and represent —NH 2 , a hydrogen atom or a lower alkyl group), and the like.

上記各一般式において、低級アルキル基としては、炭素数1〜5程度の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基を挙げることができ、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、sec−ブチル、n−ペンチル、1−エチルプロピル、イソペンチル、ネオペンチル等を例示できる。   In the above general formulas, examples of the lower alkyl group include linear or branched alkyl groups having about 1 to 5 carbon atoms, such as methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, and n-butyl. , Isobutyl, tert-butyl, sec-butyl, n-pentyl, 1-ethylpropyl, isopentyl, neopentyl and the like.

上記一般式で表されるカルバジン酸エステルの具体例としては、メチルカルバゼート等を挙げることができ、カルバジン酸アミドの具体例としては、カルボヒドラジド等を挙げることができる。   Specific examples of the carbazic acid ester represented by the above general formula include methyl carbazate and the like, and specific examples of the carbazic acid amide include carbohydrazide and the like.

本発明では、水素発生源としては、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、及びヒドラジン誘導体を一種単独又は二種以上混合して用いることができる。   In the present invention, hydrazine, hydrazine hydrate, and hydrazine derivatives can be used singly or in combination of two or more as the hydrogen generation source.

(2)水素発生方法
本発明の水素発生方法は、水素発生用原料化合物としてのヒドラジン化合物を含む水溶液中に、アノード極とカソード極を浸漬し、外部回路によって両極を電気的に接続し、必要に応じて、両極間に直流電源を接続してアノード極に正電圧を印加することによって、下記化学反応式に示すアノード反応としてのヒドラジン化合物の電気化学的酸化反応と、カソード反応としての水の電気化学的還元反応による水素発生反応を促進させ、これによって水素を発生させる方法である。尚、下記アノード反応の反応式では、ヒドラジンを代表例として示す。
(2) Hydrogen generation method The hydrogen generation method of the present invention requires the anode and cathode to be immersed in an aqueous solution containing a hydrazine compound as a raw material compound for hydrogen generation, and both electrodes are electrically connected by an external circuit. Accordingly, by connecting a DC power source between the two electrodes and applying a positive voltage to the anode electrode, an electrochemical oxidation reaction of the hydrazine compound as an anode reaction shown in the following chemical reaction formula and a water reaction as a cathode reaction are performed. This is a method of generating hydrogen by promoting a hydrogen generation reaction by an electrochemical reduction reaction. In the following reaction formula of the anode reaction, hydrazine is shown as a representative example.

アノード反応: N → N + 4H +4e
カソード反応: 4H +4e → 2H
この方法によれば、アノード極とカソード極間を電気的に接続した外部回路の開閉と、印加電圧の制御によって、水素発生量を制御することが可能である。このため、必要とされる水素供給量に応じて、必要時にのみ必要量に応じた水素を発生させることができる。
Anode reaction: N 2 H 4 → N 2 + 4H + + 4e
Cathode reaction: 4H + + 4e → 2H 2
According to this method, the amount of hydrogen generation can be controlled by opening / closing an external circuit in which the anode and cathode are electrically connected and controlling the applied voltage. For this reason, according to the required amount of hydrogen supply, hydrogen corresponding to the required amount can be generated only when necessary.

以下、本発明の水素発生方法で用いる電極触媒について説明する。   Hereinafter, the electrode catalyst used in the hydrogen generation method of the present invention will be described.

(i)アノード触媒
本発明の水素発生方法では、上記アノード反応に用いる触媒として、(1)9族元素からなる金属、及び(2)金属成分として8族元素又は9族元素を含み、配位子として窒素含有多環式化合物を含む金属錯体、からなる群から選ばれた少なくとも一種を用いる。
(I) Anode catalyst In the hydrogen generation method of the present invention, the catalyst used for the anode reaction includes (1) a metal composed of a group 9 element, and (2) a group 8 element or a group 9 element as a metal component. At least one selected from the group consisting of a metal complex containing a nitrogen-containing polycyclic compound as a child is used.

これらの金属及び金属錯体は、いずれもヒドラジン化合物の電気化学的酸化反応に対して活性を有すものであって、ヒドラジン化合物の自己分解反応に対しては活性を示さないか、或いは活性が非常に低い物質である。   These metals and metal complexes are all active against the electrochemical oxidation reaction of hydrazine compounds, and are not active or very active against the self-decomposition reaction of hydrazine compounds. It is a very low substance.

このため、上記した触媒をアノード極用の触媒として用いることによって、アノード極とカソード極を電気的に接続した場合、水素発生反応の反応速度を向上させることができ、アノード極とカソード極間の回路を開いた場合には、水素発生反応を制御するか、或いは水素発生反応を停止することが可能となる。   For this reason, by using the above-mentioned catalyst as a catalyst for the anode electrode, when the anode electrode and the cathode electrode are electrically connected, the reaction rate of the hydrogen generation reaction can be improved, and between the anode electrode and the cathode electrode. When the circuit is opened, the hydrogen generation reaction can be controlled or the hydrogen generation reaction can be stopped.

上記したアノード触媒の内で、9族元素からなる金属の具体例としては、コバルト、ロジウム、イリジウム等を例示できる。これらの金属からなる触媒の形態については特に限定はなく、任意の形態の金属を用いることができるが、例えば、線状の金属を用いることができる。   Among the above-mentioned anode catalyst, cobalt, rhodium, iridium and the like can be exemplified as specific examples of the metal composed of a group 9 element. The form of the catalyst made of these metals is not particularly limited, and any form of metal can be used. For example, a linear metal can be used.

金属錯体における8族元素としては、鉄、ルテニウムなどを例示でき、9族元素としては、コバルト、ロジウム、イリジウムなど例示できる。また、配位子として用いる窒素含有多環式化合物としては、ポルフィリン化合物、フタロシアニン化合物、サレン化合物等を例示できる。   Examples of the group 8 element in the metal complex include iron and ruthenium, and examples of the group 9 element include cobalt, rhodium and iridium. Examples of the nitrogen-containing polycyclic compound used as the ligand include porphyrin compounds, phthalocyanine compounds, and salen compounds.

本発明で用いるアノード触媒は、8族元素又は9族元素を金属成分として含み、配位子として、窒素含有多環式化合物を含む金属錯体であればよく、配位子の具体的な構造については特に限定的ではない。   The anode catalyst used in the present invention may be a metal complex containing a group 8 element or a group 9 element as a metal component and a nitrogen-containing polycyclic compound as a ligand. Is not particularly limited.

以下、該アノード触媒の有効成分である金属錯体について、好ましい具体例を示す。   Hereinafter, preferable specific examples of the metal complex which is an active component of the anode catalyst will be shown.

(1)化学式:   (1) Chemical formula:

Figure 0005946038
Figure 0005946038

(式中、R〜R12は、同一又は異なって、それぞれ、アルキル基、置換基を有することのあるアリール基、水素原子又はハロゲン原子を示し、Mは、8族元素又は9族元素を示す。)で表される金属ポルフィリン錯体。 (Wherein R 1 to R 12 are the same or different and each represents an alkyl group, an aryl group which may have a substituent, a hydrogen atom or a halogen atom, and M represents a group 8 element or a group 9 element. A metal porphyrin complex represented by:

上記化学式において、Mで表される中心金属元素は、8族元素又は9族元素であり、具体例として、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウムなどを挙げることができる。   In the above chemical formula, the central metal element represented by M is a group 8 element or a group 9 element, and specific examples thereof include iron, ruthenium, cobalt, rhodium and the like.

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

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

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

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

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

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

上記化学式で表されるポルフィリン錯体の代表例として、R1, R4, R7及びR10が置換基を有することのあるフェニル基であって、R2, R3, R5, R6, R8, R9, R11及びR12が水素原子であるテトラフェニルポリフィリン錯体; R1, R4, R7及びR10が水素原子であって、R2, R3, R5, R6, R8, R9, R11及びR12が低級アルキル基であるオクタアルキルポリフィリン錯体等を挙げることができる。 As a representative example of the porphyrin complex represented by the above chemical formula, R 1 , R 4 , R 7 and R 10 are phenyl groups that may have a substituent, and R 2, R 3 , R 5 , R 6 , A tetraphenylporphyrin complex in which R 8 , R 9 , R 11 and R 12 are hydrogen atoms; R 1 , R 4 , R 7 and R 10 are hydrogen atoms, and R 2, R 3 , R 5 , R 6 , R 8 , R 9 , R 11 and R 12 are octaalkylporphyrin complexes in which a lower alkyl group is exemplified.

(2)化学式   (2) Chemical formula

Figure 0005946038
Figure 0005946038

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

上記化学式において、Mで表される中心金属元素は、8族元素又は9族元素であり、具体例として、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウムなどを挙げることができる。   In the above chemical formula, the central metal element represented by M is a group 8 element or a group 9 element, and specific examples thereof include iron, ruthenium, cobalt, rhodium and the like.

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

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

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

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

基:−R−COOM2において、R9で表されるアルキレン基としては、例えばメチレン、エチレン、トリメチレン、2−メチルトリメチレン、2,2−ジメチルトリメチレン、1−メチルトリメチレン、メチルメチレン、エチルメチレン、テトラメチレン、ペンタメチレン、ヘキサメチレン基等の炭素数1〜6の直鎖又は分枝鎖状アルキレン基を例示できる。M2で表されるアルキル基とアルカリ金属は、上記したものと同様である。 In the group: —R 9 —COOM 2 , as the alkylene group represented by R 9 , for example, methylene, ethylene, trimethylene, 2-methyltrimethylene, 2,2-dimethyltrimethylene, 1-methyltrimethylene, methylmethylene C1-C6 linear or branched alkylene groups such as ethylmethylene, tetramethylene, pentamethylene and hexamethylene groups. The alkyl group and alkali metal represented by M 2 are the same as those described above.

(3)化学式   (3) Chemical formula

Figure 0005946038
Figure 0005946038

(式中、R〜R16は、同一又は異なって、それぞれ、水素原子、アルキル基、アルコキシル基、ハロゲン原子又はスルホン酸基を示すか、或いは、RとR、RとR、R10とR11、R14とR15の各組み合わせの少なくとも一組は互いに結合して、これらの各基が結合する炭素原子と共に、置換基を有することのある芳香族環を形成してもよい。また、Mは、8族元素又は9族元素を示す。)で表される金属フタロシアニン錯体。 (Wherein R 1 to R 16 are the same or different and each represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxyl group, a halogen atom or a sulfonic acid group, or R 2 and R 3 , R 6 and R 7). , R 10 and R 11 , and each combination of R 14 and R 15 are bonded to each other to form an aromatic ring which may have a substituent together with the carbon atom to which these groups are bonded. M represents a group 8 element or a group 9 element.) A metal phthalocyanine complex represented by:

上記化学式において、Mで表される中心金属元素は、8族元素又は9族元素であり、具体例として、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウムなどを挙げることができる。   In the above chemical formula, the central metal element represented by M is a group 8 element or a group 9 element, and specific examples thereof include iron, ruthenium, cobalt, rhodium and the like.

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

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

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

Figure 0005946038
Figure 0005946038

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

(4)化学式:   (4) Chemical formula:

Figure 0005946038
Figure 0005946038

(式中、Mは、8族元素又は9族元素を示す。)で表される金属サレン錯体。 (Wherein, M represents a group 8 element or a group 9 element).

上記化学式において、Mで表される中心金属元素は、8族元素又は9族元素であり、具体例として、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジウムなどを挙げることができる。   In the above chemical formula, the central metal element represented by M is a group 8 element or a group 9 element, and specific examples thereof include iron, ruthenium, cobalt, rhodium and the like.

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

金属錯体の製造方法
上記した金属錯体は、例えば、目的とする錯体の配位子となる化合物と金属化合物を溶媒中に溶解し、加熱することによって製造することができる。
Method for Producing Metal Complex The metal complex described above can be produced , for example, by dissolving a compound serving as a ligand of the target complex and the metal compound in a solvent and heating.

溶媒としては、配位子となる化合物と金属化合物を溶解できる溶媒を用いればよく、例えば、エタノール、ジメチルフォルムアミドなどを用いることができる。加熱温度については、例えば、使用する溶媒の還流温度とすればよい。   As the solvent, a solvent capable of dissolving the ligand compound and the metal compound may be used. For example, ethanol, dimethylformamide, or the like can be used. The heating temperature may be, for example, the reflux temperature of the solvent used.

担持触媒
上記した金属錯体は、導電性担体に担持させることにより、ヒドラジン化合物の電気化学的酸化反応に対して高い触媒活性を有するものとすることができる。
Supported Catalyst The above-described metal complex can have a high catalytic activity for an electrochemical oxidation reaction of a hydrazine compound by being supported on a conductive carrier.

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

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

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

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

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

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

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

導電性担体上に担持させる金属錯体の量については、特に限定はないが、例えば、
導電性担体上に担持させる金属錯体の量については、特に限定はないが、例えば、導電性担体1gに対して、金属錯体を10μmol〜1000μmol程度担持させることが好ましく、20μmol〜100μmol程度担持させることがより好ましい。
The amount of the metal complex to be supported on the conductive carrier is not particularly limited.
The amount of the metal complex to be supported on the conductive carrier is not particularly limited. For example, it is preferable to carry about 10 μmol to 1000 μmol of the metal complex with respect to 1 g of the conductive carrier, and about 20 μmol to 100 μmol. Is more preferable.

(ii)カソード触媒
本発明の水素発生方法では、カソード反応用の触媒としては、水を電気化学的に還元して水素を発生する反応の過電圧が低い金属、金属酸化物などを用いることができる。本発明では、特に、10族元素からなる金属をカソード触媒とすることが好ましい。10族元素からなる金属は、水の電気化学的還元反応に対する過電圧が低く、且つ、ヒドラジン化合物の自己分解反応に対して活性が殆ど無い物質であり、ヒドラジン化合物を含有する水溶液中に浸漬するだけでは、ヒドラジンの分解反応や水素の発生反応を進行させることが殆どなく、上記したアノード極と電気的に接続し、必要に応じて、電圧を印加することによって、水素発生反応を促進することができる。
(Ii) Cathode catalyst In the hydrogen generation method of the present invention, as a catalyst for the cathode reaction, a metal, metal oxide or the like having a low overvoltage in the reaction of generating water by electrochemical reduction of water can be used. . In the present invention, it is particularly preferable to use a metal composed of a group 10 element as a cathode catalyst. A metal composed of a group 10 element is a substance that has a low overvoltage for the electrochemical reduction reaction of water and has little activity for the self-decomposition reaction of the hydrazine compound, and is only immersed in an aqueous solution containing the hydrazine compound. Then, the hydrazine decomposition reaction and the hydrogen generation reaction are scarcely advanced, and the hydrogen generation reaction can be promoted by electrically connecting to the anode electrode and applying a voltage as necessary. it can.

(iii)水素発生方法
本発明の水素発生方法では、ヒドラジン化合物を含有する水溶液中に、上記したアノード触媒を有するアノード極と、カソード触媒を有するカソード極を浸漬し、外部回路によって両極を電気的に接続する。この際、開回路時のアノード極の電位がカソード極の電位よりも負である場合には、外部回路を閉じて両極を電気的に接続することによって、カソード極において水素発生反応の反応速度が上昇して、水素発生を促進することができる。更に、両極間に直流電源を接続し、アノード極に正電圧を印加することによって、水素発生速度を向上させることができる。
(Iii) Hydrogen generation method In the hydrogen generation method of the present invention, the anode electrode having the anode catalyst and the cathode electrode having the cathode catalyst are immersed in an aqueous solution containing a hydrazine compound, and both electrodes are electrically connected by an external circuit. Connect to. At this time, when the potential of the anode electrode in the open circuit is more negative than the potential of the cathode electrode, the reaction rate of the hydrogen generation reaction at the cathode electrode is reduced by closing the external circuit and electrically connecting both electrodes. It can rise and promote hydrogen generation. Further, the hydrogen generation rate can be improved by connecting a direct current power source between both electrodes and applying a positive voltage to the anode electrode.

また、開回路時のアノード電位がカソード電位よりも正である場合には、ヒドラジン化合物を含有する水溶液中に浸漬したアノード極とカソード極を電気的に接続するだけでは水素発生反応を促進させることができないが、両極間に直流電源を接続し、アノード極に正電圧を印加することによって、水素発生速度を上昇させることができる。具体的に印加する電圧の大きさについては、使用するヒドラジン化合物の種類、水溶液の状態、アノード触媒の種類、カソード触媒の種類などと、目的とする水素発生速度、水素発生量などに応じて適宜決めればよい。   In addition, when the anode potential in the open circuit is more positive than the cathode potential, the hydrogen generation reaction is promoted only by electrically connecting the anode electrode immersed in the aqueous solution containing the hydrazine compound and the cathode electrode. However, it is possible to increase the hydrogen generation rate by connecting a DC power source between both electrodes and applying a positive voltage to the anode electrode. The magnitude of the voltage to be applied is appropriately determined according to the type of hydrazine compound to be used, the state of the aqueous solution, the type of anode catalyst, the type of cathode catalyst, the target hydrogen generation rate, the amount of hydrogen generation, etc. Just decide.

アノード極及びカソード極としては、上記したアノード触媒とカソード触媒を有する電極であれば良く、具体的な形状などは特に限定されない。   The anode electrode and the cathode electrode are not particularly limited as long as they are electrodes having the above-described anode catalyst and cathode catalyst.

例えば、アノード触媒として9族元素の金属を用いる場合、カソード触媒として10族元素の金属を用いる場合等には、これらの金属からなる金属線をそのままアノード極として用いることができる。   For example, when a group 9 element metal is used as the anode catalyst and a group 10 element metal is used as the cathode catalyst, a metal wire made of these metals can be used as the anode electrode as it is.

また、アノード触媒として上記した金属錯体、又は該金属錯体を導電性担体に担持させた担持触媒を用いる場合には、炭素材料(Vulcan XC72R, ケッチェンブラック等)等の導電性基材にアノード触媒を固定した電極を用いることができる。アノード極における触媒の量については特に限定はないが、例えば、0.1〜5.0mg/cm程度とすることができ、0.1〜3.0mg/cm程度とすることが好ましい。 Further, when using the metal complex described above as an anode catalyst or a supported catalyst in which the metal complex is supported on a conductive support, the anode catalyst is applied to a conductive substrate such as a carbon material (Vulcan XC72R, Ketjen Black, etc.). Can be used. Although there is no particular limitation on the amount of catalyst in the anode electrode, for example, be a 0.1 to 5.0 mg / cm 2 or so, it is preferable to 0.1-3.0 mg / cm 2 or so.

本発明の水素発生方法では、ヒドラジン化合物を含有する水溶液におけるヒドラジン化合物の濃度については、特に限定的ではないが、効率よく水素を発生させるためには、上記したヒドラジン化合物の濃度を1mmol/L〜5mol/L程度含有することが好ましく、0.2mol/L〜1.5mol/L程度含有することがより好ましい。   In the hydrogen generation method of the present invention, the concentration of the hydrazine compound in the aqueous solution containing the hydrazine compound is not particularly limited, but in order to efficiently generate hydrogen, the concentration of the hydrazine compound described above is 1 mmol / L to The content is preferably about 5 mol / L, more preferably about 0.2 mol / L to 1.5 mol / L.

更に、ヒドラジン化合物を含有する水溶液は、アルカリ性であることが好ましく、特に、pHが11程度以上であることが好ましい。   Furthermore, the aqueous solution containing the hydrazine compound is preferably alkaline, and particularly preferably has a pH of about 11 or more.

本発明の水素発生方法では、ヒドラジン化合物を含有する水溶液の液温については特に限定はなく、通常は、室温で反応を進行させることができる。   In the hydrogen generation method of the present invention, the temperature of the aqueous solution containing the hydrazine compound is not particularly limited, and the reaction can usually proceed at room temperature.

図1に、本発明の水素発生方法に用いる水素発生装置の一実施態様の概略図を示す。   FIG. 1 shows a schematic diagram of one embodiment of a hydrogen generator used in the hydrogen generation method of the present invention.

図1に示す装置は、水素取出口を備えた、ヒドラジン化合物を含有する水溶液を収容する容器と、該容器中に設置したアノード極及びカソード極と、該アノード極とカソード極の間に接続された直流電源とを有するものであって、アノード極が、(1)9族元素からなる金属、及び(2)金属成分として8族元素又は9族元素を含み、配位子として窒素含有多環式化合物を含む金属錯体、からなる群から選ばれた少なくとも一種をアノード触媒として含むものである。   The apparatus shown in FIG. 1 is connected to a container that contains an aqueous solution containing a hydrazine compound, having a hydrogen outlet, an anode electrode and a cathode electrode installed in the container, and connected between the anode electrode and the cathode electrode. The anode electrode includes (1) a metal composed of a group 9 element, and (2) a group 8 element or a group 9 element as a metal component, and a nitrogen-containing polycycle as a ligand. At least one selected from the group consisting of metal complexes containing a formula compound is included as an anode catalyst.

本発明で用いるアノード触媒は、ヒドラジン化合物の電気化学的酸化反応に対して高い活性を有すものであって、ヒドラジン化合物の自己分解反応に対しては不活性であるか、或いは活性が非常に低い物質である。このため、アノード極とカソード極を連結する外部回路を開いた状態では、ヒドラジン水素化物の自己分解による水素発生を抑制することができる。また、外部回路を閉じ、使用する電解液の種類、アノード触媒の種類、カソード触媒の種類などに応じて、外部電源から付与する電圧を調整することにより、水素発生反応の速度、水素発生量などを簡単に制御することができる。具体的には、上記した構造の水素発生装置において、開回路時のアノード極の電位がカソード極の電位より低い場合には、外部回路を閉じることによって、前述した反応に基づく水素発生反応を進行させることができる。更に、必要に応じて、両極間に接続した直流電源を用いてアノード極に正電圧を付与し、電位を調整することによって、水素発生速度、水素発生量などを制御することができる。また、開回路時のアノード極の電位がカソード極の電位より高い場合には、両極間に接続した直流電源を用いて、アノード極に正電圧を印加することによって、水素発生反応を進行させることができる。このため、両極間に印加する電圧を調整することによって、水素発生速度、水素発生量などを制御することが可能である。   The anode catalyst used in the present invention has high activity for the electrochemical oxidation reaction of the hydrazine compound, and is inactive for the autolysis reaction of the hydrazine compound, or very active. It is a low substance. For this reason, in the state which opened the external circuit which connects an anode pole and a cathode pole, hydrogen generation by the self-decomposition of hydrazine hydride can be suppressed. Also, by closing the external circuit and adjusting the voltage applied from the external power source according to the type of electrolyte used, the type of anode catalyst, the type of cathode catalyst, etc., the rate of hydrogen generation reaction, the amount of hydrogen generated, etc. Can be controlled easily. Specifically, in the hydrogen generator having the structure described above, when the potential of the anode electrode in the open circuit is lower than the potential of the cathode electrode, the hydrogen generation reaction based on the above-described reaction proceeds by closing the external circuit. Can be made. Furthermore, if necessary, a positive voltage is applied to the anode electrode using a DC power source connected between the two electrodes, and the potential is adjusted to control the hydrogen generation rate, the hydrogen generation amount, and the like. In addition, when the potential of the anode electrode in the open circuit is higher than the potential of the cathode electrode, the hydrogen generation reaction is allowed to proceed by applying a positive voltage to the anode electrode using a DC power source connected between both electrodes. Can do. For this reason, it is possible to control the hydrogen generation rate, the hydrogen generation amount, and the like by adjusting the voltage applied between the two electrodes.

特に、開回路時のアノード極の電位がカソード極の電位より低い場合には、図2に示す、外部電源を含まない水素発生装置を用いた場合にも、水素発生反応を促進させることができる。図2に示す水素発生装置は、水素取出口を備えた、ヒドラジン化合物を含有する水溶液を収容する容器と、該容器中に設置したアノード極及びカソード極と、該アノード極とカソード極を電気的に接続する外部回路と、該外部回路を開閉する開閉部を備えたものであって、アノード触媒として、上記した特定の触媒を有するものである。   In particular, when the potential of the anode electrode in the open circuit is lower than the potential of the cathode electrode, the hydrogen generation reaction can be promoted even when the hydrogen generator not including an external power source shown in FIG. 2 is used. . The hydrogen generator shown in FIG. 2 has a hydrogen outlet and a container containing an aqueous solution containing a hydrazine compound, an anode electrode and a cathode electrode installed in the container, and the anode electrode and the cathode electrode are electrically connected. And an open / close section that opens and closes the external circuit, and has the above-described specific catalyst as an anode catalyst.

図2に示す水素発生装置は、外部回路を閉じることによって、カソード反応とアノード反応を自発的に進行させることができるので、水素発生のために外部電源が不要であり、装置の構造が簡略化される。更に、図2に示す水素発生装置によれば、外部回路を閉じるだけで水素発生反応進行するので、水素発生反応時のカソード電位とアノード電位の電位差を電気エネルギーとして取得できる。このため、自己発電作用を有する水素発生装置として、原料とするヒドラジン化合物から、高いエネルギー変換効率で化学エネルギーと電気エネルギーを得ることが可能となる。   The hydrogen generator shown in FIG. 2 can spontaneously advance the cathode reaction and the anode reaction by closing the external circuit, so no external power source is required for hydrogen generation, and the structure of the device is simplified. Is done. Furthermore, according to the hydrogen generator shown in FIG. 2, the hydrogen generation reaction proceeds by simply closing the external circuit, so that the potential difference between the cathode potential and the anode potential during the hydrogen generation reaction can be acquired as electric energy. For this reason, it becomes possible to obtain chemical energy and electric energy with high energy conversion efficiency from a hydrazine compound as a raw material as a hydrogen generator having a self-power generation action.

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

本発明の水素発生方法及び水素発生装置によれば、高い水素含有量を有する化合物であるヒドラジン、ヒドラジン誘導体、これらの水和物などのヒドラジン化合物を水素発生源として、水素発生量の制御が可能な条件下で、効率良く水素を発生させることができる。   According to the hydrogen generation method and the hydrogen generation apparatus of the present invention, the amount of hydrogen generation can be controlled using hydrazine compounds such as hydrazine, hydrazine derivatives, and hydrates thereof having a high hydrogen content as a hydrogen generation source. Hydrogen can be generated efficiently under mild conditions.

このため、本発明の水素発生方法は、例えば、燃料電池などに水素を供給する手段として、非常に有用性が高い方法である。   For this reason, the hydrogen generation method of the present invention is a very useful method as means for supplying hydrogen to, for example, a fuel cell.

本発明の水素発生装置の一実施態様を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows one embodiment of the hydrogen generator of this invention. 本発明の水素発生装置のその他の実施態様を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the other embodiment of the hydrogen generator of this invention. 実施例1及び2において測定した水素発生反応時の電流−電圧曲線。The current-voltage curve at the time of hydrogen generation reaction measured in Example 1 and 2. FIG. 実施例3及び4において測定した水素発生反応時の電流−電圧曲線。The current-voltage curve at the time of hydrogen generation reaction measured in Example 3 and 4. FIG. 参考例1で測定したヒドラジンに対するサイクリックボルタモグラムの測定結果を示すグラフ。The graph which shows the measurement result of the cyclic voltammogram with respect to the hydrazine measured in Reference Example 1. 参考例1で測定したカルボヒドラジドに対するサイクリックボルタモグラムの測定結果を示すグラフ。The graph which shows the measurement result of the cyclic voltammogram with respect to the carbohydrazide measured in Reference Example 1. 参考例1で測定したメチルカルバゼートに対するサイクリックボルタモグラムの測定結果を示すグラフ。The graph which shows the measurement result of the cyclic voltammogram with respect to the methyl carbazate measured in Reference Example 1.

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

実施例1
図2に示す構造の水素発生装置を用いて以下の方法で水素発生試験を行った。
Example 1
A hydrogen generation test was conducted by the following method using the hydrogen generator having the structure shown in FIG.

まず、大きさ25mLのガラス製容器にヒドラジンを1mol/LとNaOHを1mol/L 含有するpH13.8の水溶液10.5 mLを入れた。この水溶液中に、コバルト線(直径0.05 cm)と白金線(直径0.05 cm)をそれぞれ2.1 cmの深さまで浸漬し、水素取出口を設けたゴム栓でこの容器を密閉した。ヒドラジンを含有する水溶液に浸漬したコバルト線と白金線は、それぞれの端部をゴム栓を通過させて容器外に露出させ、銅線で接続して外部回路を形成した。外部回路には回路を開閉するためのスイッチを設けた。   First, 10.5 mL of an aqueous solution of pH 13.8 containing 1 mol / L of hydrazine and 1 mol / L of NaOH was placed in a 25 mL glass container. A cobalt wire (0.05 cm in diameter) and a platinum wire (0.05 cm in diameter) were each immersed in this aqueous solution to a depth of 2.1 cm, and this container was sealed with a rubber stopper provided with a hydrogen outlet. The cobalt wire and the platinum wire immersed in the aqueous solution containing hydrazine were exposed to the outside of the container through the rubber plugs and connected with a copper wire to form an external circuit. The external circuit is provided with a switch for opening and closing the circuit.

外部回路に設置したスイッチを用いて外部回路を開いた状態として、130分後、気相中の水素ガスを定量した。カソード極の単位表面積当たりの水素発生量は、0.0052μmol/分・cm2であり、僅かな水素発生が確認されただけであった。 With the external circuit opened using a switch installed in the external circuit, 130 minutes later, hydrogen gas in the gas phase was quantified. The amount of hydrogen generated per unit surface area of the cathode electrode was 0.0052 μmol / min · cm 2 , and only slight hydrogen generation was confirmed.

その後、外部回路に設置したスイッチにより外部回路を閉じた状態として、コバルト線と白金線を電気的に接続し、130分後、気相中の水素ガスを定量した。カソード極の単位表面積当たりの水素発生量は、0.054μmol/分・cm2となり、水素発生速度が大幅に上昇した。 Thereafter, the external circuit was closed by a switch installed in the external circuit, the cobalt wire and the platinum wire were electrically connected, and 130 minutes later, the hydrogen gas in the gas phase was quantified. The amount of hydrogen generated per unit surface area of the cathode electrode was 0.054 μmol / min · cm 2 , greatly increasing the hydrogen generation rate.

この結果から、上記した構造の水素発生装置では。外部回路を開いて、コバルト線と白金線を接続していない状態ではほとんど水素が発生しないが、外部回路を閉じて、コバルト線と白金線とを電気的に接続した状態にすることによって、水素発生が激しくなり、水素発生反応が、外部回路の開閉によって制御されていることが分かった。   From this result, in the hydrogen generator of the above structure. Almost no hydrogen is generated when the external circuit is opened and the cobalt wire and the platinum wire are not connected, but by closing the external circuit and electrically connecting the cobalt wire and the platinum wire, It became clear that the hydrogen generation reaction was controlled by opening and closing the external circuit.

また、上記した水素発生装置において、ヒドラジン水溶液を収容した容器外に露出したコバルト線と白金線を外部抵抗を介して接続し、水素発生している状態での電流-電圧曲線を求めた。結果を図3に示す。図3の電流―電圧曲線では、端子間電圧はコバルト線に対する白金線の電圧を示し、電流値は白金上での還元電流を正として示す。
図3から明らかなように、電位が正の領域で白金上での還元電流が正となっており、水素発生と同時に発電していることが確認できる。
Further, in the above-described hydrogen generator, the cobalt wire exposed to the outside of the container containing the hydrazine aqueous solution and the platinum wire were connected via an external resistor, and a current-voltage curve in a state where hydrogen was generated was obtained. The results are shown in FIG. In the current-voltage curve of FIG. 3, the terminal voltage indicates the voltage of the platinum wire with respect to the cobalt wire, and the current value indicates the reduction current on the platinum as positive.
As can be seen from FIG. 3, the reduction current on platinum is positive in the region where the potential is positive, and it can be confirmed that power is generated simultaneously with the generation of hydrogen.

実施例2
ヒドラジンを含有する水溶液におけるNaOHの濃度を0.1mol/L(pH13.1)に変更したこと以外は、実施例1と同様にして水素発生試験を行った。結果を下記表1に示す。
Example 2
A hydrogen generation test was conducted in the same manner as in Example 1 except that the NaOH concentration in the aqueous solution containing hydrazine was changed to 0.1 mol / L (pH 13.1). The results are shown in Table 1 below.

また、上記した水素発生装置において、コバルト線と白金線を外部抵抗を介して接続し、水素発生している状態での電流-電圧曲線を求めた。結果を図3に示す。図3の電流―電圧曲線では、端子間電圧はコバルト線に対する白金線の電圧を示し、電流値は白金上での還元電流を正として示す。   Further, in the above hydrogen generator, a cobalt wire and a platinum wire were connected via an external resistor, and a current-voltage curve in a state where hydrogen was generated was obtained. The results are shown in Figure 3. In the current-voltage curve of FIG. 3, the terminal voltage indicates the voltage of the platinum wire with respect to the cobalt wire, and the current value indicates the reduction current on the platinum as positive.

図3から明らかなように、電位が正の領域で白金上での還元電流が正となっており、水素発生と同時に発電していることが分かる。   As can be seen from FIG. 3, the reduction current on the platinum is positive in the region where the potential is positive, and it can be seen that power is generated simultaneously with the generation of hydrogen.

実施例3
白金線に代えてニッケル線(直径0.05cm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして水素発生試験を行った。結果を下記表1に示す。
Example 3
A hydrogen generation test was conducted in the same manner as in Example 1 except that a nickel wire (diameter 0.05 cm) was used instead of the platinum wire. The results are shown in Table 1 below.

また、上記した水素発生装置において、コバルト線とニッケル線を外部抵抗を介して接続し、水素発生している状態での電流-電圧曲線を求めた。結果を図に示す。図の電流−電圧曲線では、端子間電圧はコバルト線に対するニッケルの電圧を示し、電流値はニッケル線上での還元電流を正として示す。 In the above hydrogen generator, a cobalt wire and a nickel wire were connected via an external resistor, and a current-voltage curve in a state where hydrogen was generated was obtained. The results are shown in Figure 4. In the current-voltage curve of FIG. 4, the voltage between terminals indicates the voltage of nickel with respect to the cobalt wire, and the current value indicates the reduction current on the nickel wire as positive.

から明らかなように、電位が正の領域でニッケル上での還元電流が正となっており、水素発生と同時に発電していることが分かる。 As is apparent from FIG. 4 , the reduction current on nickel is positive in the region where the potential is positive, and it can be seen that power is generated simultaneously with the generation of hydrogen.

実施例4
コバルト線に代えてロジウム線(直径0.05cm)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして水素発生試験を行った。結果を下記表1に示す。
Example 4
A hydrogen generation test was conducted in the same manner as in Example 1 except that a rhodium wire (0.05 cm in diameter) was used instead of the cobalt wire. The results are shown in Table 1 below.

また、上記した水素発生装置において、ロジウム線と白金線を外部抵抗を介して接続し、水素発生している状態での電流-電圧曲線を求めた。結果を図に示す。図の電流−電圧曲線では、端子間電圧はロジウム線に対する白金線の電圧を示し、電流値は白金上での還元電流を正として示す。 In the above hydrogen generator, a rhodium wire and a platinum wire were connected via an external resistor, and a current-voltage curve in a state where hydrogen was generated was obtained. The results are shown in Figure 4. In the current-voltage curve of FIG. 4, the voltage between terminals indicates the voltage of the platinum wire relative to the rhodium wire, and the current value indicates the reduction current on platinum as positive.

から明らかなように、電位が正の領域で白金上での還元電流が正となっており、水素発生と同時に発電していることが分かる。 As is apparent from FIG. 4 , the reduction current on platinum is positive in the positive potential region, and it can be seen that power is generated simultaneously with the generation of hydrogen.

Figure 0005946038
Figure 0005946038

実施例5
下記化学式
Example 5
The following chemical formula

Figure 0005946038
Figure 0005946038

で表されるコバルトオクタエチルポルフィリン錯体(Aldrich社製) 0.9マイクロモルを、ジクロロメタン20mL中に溶解させた後、この溶液にカーボンブラック(比表面積250 m/g、商標名:Vulcan XC 72R、Cabot社製)を30 mg加え、超音波洗浄機を用いてカーボンブラックをよく分散させた後、ロータリーエバポレーターによって溶媒を留去することにより、コバルトオクタエチルポルフィリン錯体をカーボンブラックに担持させた。 After dissolving 0.9 micromol of a cobalt octaethylporphyrin complex (produced by Aldrich) in 20 mL of dichloromethane, carbon black (specific surface area 250 m 2 / g, trade name: Vulcan XC 72R) (Manufactured by Cabot) and carbon black was well dispersed using an ultrasonic cleaner, and then the solvent was distilled off by a rotary evaporator to support the cobalt octaethylporphyrin complex on the carbon black.

次いで、コバルトオクタエチルポルフィリン錯体を担持したカーボンブラック5 mgを、0.25 mLのエタノール、0.25 mLの水、Nafion 0.005 mLの入った混合溶媒に懸濁し、この懸濁液を0.1 mL、グラッシーカーボン板に塗布し、自然乾燥させた(触媒を塗布した面積は2.25 cm2)。 Next, 5 mg of carbon black carrying a cobalt octaethylporphyrin complex is suspended in a mixed solvent containing 0.25 mL of ethanol, 0.25 mL of water, and Nafion 0.005 mL, and this suspension is added to 0.1 mL of a glassy carbon plate. It was applied and allowed to dry (the area where the catalyst was applied was 2.25 cm 2 ).

大きさ25mLのガラス製容器にカルボヒドラジドを1mol/LとNaOHを1mol/L 含有するpH13.8の水溶液10 mLを入れ、この水溶液中に上記した方法でコバルトオクタエチルポルフィリン錯体を担持させたグラッシーカーボン板と白金線(直径 0.1 cm)を浸漬し、水素取り出し口を設けたゴム栓でこの容器を密閉した。グラッシーカーボン板は、触媒の塗布面を全て浸漬し、白金線の浸漬した面積は2.25 cm2とした。グラッシーカーボン板と白金線は、それぞれの端部をゴム栓を通過させて容器外に露出させ、銅線で接続して外部回路を形成した。外部回路には回路を開閉するためのスイッチを設け、更に、グラッシーカーボン板と白金線には、外部の直流電源を接続した。 A glass container with a size of 13.8 pH 13.8 containing 1 mol / L of carbohydrazide and 1 mol / L of NaOH is placed in a 25 mL glass container, and a glassy glass in which a cobalt octaethylporphyrin complex is supported in this aqueous solution by the method described above. A carbon plate and platinum wire (diameter 0.1 cm) were immersed, and the container was sealed with a rubber stopper provided with a hydrogen outlet. The glassy carbon plate was dipped in the entire coated surface of the catalyst, and the area in which the platinum wire was dipped was 2.25 cm 2 . The glassy carbon plate and the platinum wire were exposed to the outside of the container through their rubber plugs and connected with a copper wire to form an external circuit. The external circuit was provided with a switch for opening and closing the circuit, and an external DC power source was connected to the glassy carbon plate and the platinum wire.

外部回路を開いた状態として、40分後に気相中の水素ガスを定量したが、水素を検出できなかった。   With the external circuit opened, hydrogen gas in the gas phase was quantified after 40 minutes, but hydrogen could not be detected.

その後、外部回路を閉じてグラッシーカーボン板と白金線を電気的に接続し、白金に対してグラッシーカーボンの板が0.5 V正になるように、ポテンショスタットを使って電圧を印加したところ、水素発生反応が生じた。40分後、気相中の水素ガスを定量した結果、グラッシーカーボン板の表面積あたりの水素発生量は0.030μmol/分・cm2であった。 After that, the external circuit was closed, the glassy carbon plate and the platinum wire were electrically connected, and when a voltage was applied using a potentiostat so that the glassy carbon plate was 0.5 V positive with respect to platinum, hydrogen was generated. A reaction occurred. After 40 minutes, the amount of hydrogen gas in the gas phase was quantified. As a result, the amount of hydrogen generated per surface area of the glassy carbon plate was 0.030 μmol / min · cm 2 .

以上の結果から、外部電源によって電圧を印加することによって、水素発生を制御できることが判った。   From the above results, it was found that hydrogen generation can be controlled by applying a voltage from an external power source.

参考例1〜9
以下、参考例を挙げて、金属成分として8族元素又は9族元素を含み、配位子として窒素含有多環式化合物を含む金属錯体が、ヒドラジン化合物の電気化学的酸化反応に対して活性を有すことを示す。
Reference Examples 1-9
Hereinafter, with reference examples, a metal complex containing a group 8 element or a group 9 element as a metal component and a nitrogen-containing polycyclic compound as a ligand is active against an electrochemical oxidation reaction of a hydrazine compound. It shows that it has.

(i)担持カーボン触媒の作製
下記表2及び3に示す各金属錯体を触媒成分として用い、各金属錯体を溶媒中に溶解させた後、この溶液にカーボンブラック(比表面積250 m/g、商標名:Vulcan XC 72R、Cabot社製)を30 mg加えた。溶媒としては、参考例1, 3, 6, 7, 8においてはジクロロメタン、参考例2においては蒸留水、参考例4,5においてはジメチルフォルムアミド、参考例9においてはエタノールを用い、溶媒の使用量はすべて20mLとした。各溶液における金属錯体の添加量は0.9マイクロモルとした。
(I) Production of supported carbon catalyst Each metal complex shown in Tables 2 and 3 below was used as a catalyst component, and after dissolving each metal complex in a solvent, carbon black (specific surface area 250 m 2 / g, 30 mg of Vulcan XC 72R (trade name, manufactured by Cabot) was added. As the solvent, dichloromethane was used in Reference Examples 1, 3, 6, 7, and 8, distilled water was used in Reference Example 2, dimethylformamide was used in Reference Examples 4 and 5, and ethanol was used in Reference Example 9. All amounts were 20 mL. The amount of metal complex added in each solution was 0.9 micromolar.

次いで、カーボンブラックを懸濁させた各溶液について、超音波洗浄機を用いてカーボンブラックをよく分散させた後、ロータリーエバポレーターによって溶媒を留去することにより、各金属錯体をカーボンブラックに担持させた。   Next, for each solution in which the carbon black was suspended, the carbon black was well dispersed using an ultrasonic cleaner, and then the solvent was distilled off by a rotary evaporator, whereby each metal complex was supported on the carbon black. .

(ii)触媒活性の評価
上記した方法で各金属錯体をカーボンブラックに担持させた触媒を乳鉢で破砕し、5 mgを0.5 mLの混合溶媒(水:エタノール = 1 : 1)に懸濁させたのち、5 μLの5 % Nafion溶液 (Aldrich製)を加えた。この懸濁液を5分間超音波洗浄器に掛けることで、よく分散させた後、回転ディスク電極(直径3mm)の上に2 μLのせて乾燥させた。
(Ii) Evaluation of catalytic activity The catalyst with each metal complex supported on carbon black was crushed in a mortar by the method described above, and 5 mg was suspended in 0.5 mL of a mixed solvent (water: ethanol = 1: 1). After that, 5 μL of 5% Nafion solution (manufactured by Aldrich) was added. This suspension was placed in an ultrasonic cleaner for 5 minutes to be well dispersed, and then 2 μL was placed on a rotating disk electrode (diameter 3 mm) and dried.

ヒドラジン化合物に対する各触媒の酸化活性評価は、エー・エル・エス製のポテンショスタット(ALS model 711B)を用いて行った。触媒を塗布したグラッシーカーボンの回転ディスク電極を作用電極とし、白金電極を対極、Ag/AgCl/KCl(sat.)電極を参照電極として用いた。   Evaluation of the oxidation activity of each catalyst with respect to the hydrazine compound was performed using a potentiostat (ALS model 711B) manufactured by ALS. A glassy carbon rotating disk electrode coated with a catalyst was used as a working electrode, a platinum electrode as a counter electrode, and an Ag / AgCl / KCl (sat.) Electrode as a reference electrode.

ヒドラジン化合物としては、ヒドラジン、カルボヒドラジド、及びメチルカルバゼートを用い、電解液としては、1 M NaOHを用いた。この電解液に、1mol/Lとなるように各ヒドラジン化合物を加え、アルゴンをバブリングすることによって溶存酸素を除去した後、掃引速度10 mV/sでサイクリックボルタモグラムを測定した。測定中は、溶液の上部にアルゴンガスを吹き付けることにより酸素が混入しないようにした。   Hydrazine, carbohydrazide, and methyl carbazate were used as the hydrazine compound, and 1 M NaOH was used as the electrolyte. Each hydrazine compound was added to this electrolyte so as to be 1 mol / L, and dissolved oxygen was removed by bubbling argon, and then a cyclic voltammogram was measured at a sweep rate of 10 mV / s. During the measurement, oxygen gas was prevented from being mixed by blowing argon gas over the solution.

参考例1のコバルトオクタエチルポルフィリンをカーボンブラックに担持させた触媒について、ヒドラジン、カルボヒドラジド、及びメチルカルバゼートの各ヒドラジン化合物を溶解した電解液中でのサイクリックボルタモグラムの測定結果を図5〜図7に示す。尚、図5〜7のサイクリックボルタモグラムでは、酸化電流を負の値で示す。   Regarding the catalyst in which cobalt octaethylporphyrin of Reference Example 1 is supported on carbon black, the results of cyclic voltammogram measurement in an electrolytic solution in which hydrazine compounds of hydrazine, carbohydrazide, and methyl carbazate are dissolved are shown in FIG. As shown in FIG. In addition, in the cyclic voltammogram of FIGS. 5-7, an oxidation current is shown with a negative value.

図5は、ヒドラジンについての測定結果を示すものであり、-0.6 V付近から酸化電流が流れ始め、電位が正になるに従って酸化電流は急速に上昇し-0.4 Vのときの電流値は1.7 mA(電流密度では24 mA/cm2)を越えた。図6はカルボヒドラジドについての測定結果を示すものであり、-0.6 V付近から酸化電流が流れ始め、-0.4 Vのときの電流値は1.5 mA(電流密度では21 mA/cm2)を越えた。図7はメチルカルバゼートについての測定結果を示すものであり、-0.5 V付近から電流が流れ始め、-0.4 Vのときの電流値は0.13 mA(電流密度では1.8 mA/cm2)を越えた。 FIG. 5 shows the measurement results for hydrazine. The oxidation current starts to flow around −0.6 V, and the oxidation current rapidly increases as the potential becomes positive. The current value at −0.4 V is 1.7 mA. (24 mA / cm 2 in current density) was exceeded. Fig. 6 shows the measurement results for carbohydrazide. The oxidation current started to flow around -0.6 V, and the current value at -0.4 V exceeded 1.5 mA (21 mA / cm 2 in current density). . Fig. 7 shows the measurement results for methyl carbazate. Current starts to flow around -0.5 V, and the current value at -0.4 V exceeds 0.13 mA (1.8 mA / cm 2 in current density). It was.

以上の結果から明らかなように、コバルトオクタエチルポルフィリンをカーボンブラックに担持させた触媒は、ヒドラジン、カルボヒドラジド、及びメチルカルバゼートの各ヒドラジン化合物に対して酸化電流を与え、これらの化合物を電気化学的に酸化できることが明らかになった。   As is clear from the above results, the catalyst in which cobalt octaethylporphyrin is supported on carbon black gives an oxidation current to each hydrazine compound of hydrazine, carbohydrazide, and methyl carbazate, and these compounds are electrically connected. It became clear that it could be chemically oxidized.

下記表2及び3に、参考例1〜参考例9における各金属錯体を触媒成分として、上記担持カーボン触媒の作製方法と同様の方法で得られた担持触媒について、上記した触媒活性の評価方法で求めた-0.4 Vのときの金属1gあたりの電流値(A/g)を示す。この結果から、参考例1〜9の各金属錯体は、ヒドラジン、カルボヒドラジド、及びメチルカルバゼートに対して電気化学的酸化反応用触媒として有効に作用することが確認できた。   In the following Tables 2 and 3, with each metal complex in Reference Example 1 to Reference Example 9 as a catalyst component, with respect to the supported catalyst obtained by the same method as the method for preparing the supported carbon catalyst, Indicates the current value (A / g) per gram of metal obtained at -0.4 V. From this result, it was confirmed that each metal complex of Reference Examples 1 to 9 effectively acts as a catalyst for an electrochemical oxidation reaction with respect to hydrazine, carbohydrazide, and methyl carbazate.

Figure 0005946038
Figure 0005946038

Figure 0005946038
Figure 0005946038

Claims (7)

ヒドラジン化合物を含む水溶液中に、アノード極とカソード極を浸漬し、外部回路によって両極を電気的に接続することを含む水素発生方法であって、
アノード極が、(1)9族元素からなる金属、及び(2)金属成分として8族元素又は9族元素を含み、配位子として窒素含有多環式化合物を含む金属錯体、からなる群から選ばれた少なくとも一種をアノード触媒として含むものであり、
カソード極が、10族元素からなる金属をカソード触媒として含むものである、水素発生方法。
A hydrogen generation method comprising immersing an anode electrode and a cathode electrode in an aqueous solution containing a hydrazine compound and electrically connecting both electrodes by an external circuit,
From the group consisting of (1) a metal comprising a group 9 element and (2) a metal complex comprising a group 8 element or a group 9 element as a metal component and a nitrogen-containing polycyclic compound as a ligand. all SANYO containing at least one selected as the anode catalyst,
Cathode electrode, Ru der those containing metal comprising a Group 10 element as a cathode catalyst, the hydrogen generation methods.
更に、アノード極とカソード極間に接続した直流電源により、アノード極に正の電圧を印加することを含む、請求項1に記載の水素発生方法。 The method for generating hydrogen according to claim 1, further comprising applying a positive voltage to the anode electrode by a DC power source connected between the anode electrode and the cathode electrode. ヒドラジン化合物が、ヒドラジン、ヒドラジン水和物、及びヒドラジン誘導体からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物である、請求項1又は2に記載の水素発生方法。 The method for generating hydrogen according to claim 1 or 2 , wherein the hydrazine compound is at least one compound selected from the group consisting of hydrazine, hydrazine hydrate, and hydrazine derivatives. ヒドラジン化合物を含む水溶液が、pH11以上のアルカリ性水溶液である請求項1〜のいずれかに記載の水素発生方法。 The method for generating hydrogen according to any one of claims 1 to 3 , wherein the aqueous solution containing a hydrazine compound is an alkaline aqueous solution having a pH of 11 or more. 水素取出口を備えた、ヒドラジン化合物を含有する水溶液を収容する容器と、
該容器中に設置したアノード極及びカソード極と、
該アノード極とカソード極を電気的に接続する外部回路と、
該外部回路を開閉する開閉部とを有する水素発生装置であって、
該アノード極が、(1)9族元素からなる金属、及び(2)金属成分として8族元素又は9族元素を含み、配位子として窒素含有多環式化合物を含む金属錯体、からなる群から選ばれた少なくとも一種をアノード触媒として含むものであり、
カソード極が、10族元素からなる金属をカソード触媒として含むものである、水素発生装置。
A container containing an aqueous solution containing a hydrazine compound with a hydrogen outlet;
An anode electrode and a cathode electrode installed in the container;
An external circuit that electrically connects the anode and cathode;
A hydrogen generator having an opening / closing part for opening and closing the external circuit,
The anode is composed of (1) a metal composed of a group 9 element, and (2) a metal complex including a group 8 element or a group 9 element as a metal component and a nitrogen-containing polycyclic compound as a ligand. der those containing at least one as an anode catalyst selected from is,
Cathode electrode, Ru der those containing metal comprising a Group 10 element as a cathode catalyst, the hydrogen generating apparatus.
水素取出口を備えた、ヒドラジン化合物を含有する水溶液を収容する容器と、
該容器中に設置したアノード極及びカソード極と、
該アノード極とカソード極の間に結合された直流電源とを有する水素発生装置であって、
該アノード極が、(1)9族元素からなる金属、及び(2)金属成分として8族元素又は9族元素を含み、配位子として窒素含有多環式化合物を含む金属錯体、からなる群から選ばれた少なくとも一種をアノード触媒として含むものであり、
カソード極が、10族元素からなる金属をカソード触媒として含むものである、水素発生装置。
A container containing an aqueous solution containing a hydrazine compound with a hydrogen outlet;
An anode electrode and a cathode electrode installed in the container;
A hydrogen generator having a direct current power source coupled between the anode and the cathode,
The anode is composed of (1) a metal composed of a group 9 element, and (2) a metal complex including a group 8 element or a group 9 element as a metal component and a nitrogen-containing polycyclic compound as a ligand. der those containing at least one as an anode catalyst selected from is,
Cathode electrode, Ru der those containing metal comprising a Group 10 element as a cathode catalyst, the hydrogen generating apparatus.
請求項に記載の水素発生装置であって、開回路時のアノード極の電位がカソード極の電位より低いことを特徴とする自己発電作用を有する水素発生装置。 6. The hydrogen generator according to claim 5 , wherein the potential of the anode electrode in an open circuit is lower than the potential of the cathode electrode.
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