JP6590405B2 - Catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide - Google Patents

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Description

本発明は、一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒に関する。   The present invention relates to a catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide.

固体高分子形燃料電池は、作動温度が低いために取り扱いが容易であり、起動時間が速い等、起動性、運転操作性にも優れ、更に、電流密度が高く、小型軽量化が可能であること等から、小容量電源や移動電源として注目されている。固体高分子形燃料電池では、アノード触媒としては主として白金触媒が用いられているが、天然ガス、メタノール、ガソリン等を改質して得られる水素を燃料とする場合には、改質によって生じた一酸化炭素が、白金に強く吸着して、触媒機能を大きく低下させてしまう。   The polymer electrolyte fuel cell is easy to handle due to its low operating temperature, and has excellent startability and operational operability, such as fast start-up time. Furthermore, it has a high current density and can be reduced in size and weight. For this reason, it is attracting attention as a small-capacity power source and a mobile power source. In a polymer electrolyte fuel cell, a platinum catalyst is mainly used as an anode catalyst. However, when hydrogen obtained by reforming natural gas, methanol, gasoline or the like is used as a fuel, it is generated by reforming. Carbon monoxide is strongly adsorbed on platinum, and the catalytic function is greatly reduced.

このような低温型燃料電池の燃料極として、遷移金属又はその合金と、特定の有機金属錯体を組み合わせて用いた燃料極用触媒等が報告されている(例えば、特許文献1等)。しかしながら、一酸化炭素を積極的に酸化除去するために有効な触媒はほとんど報告されていないうえに、報告された触媒はいずれも反応過電圧が高かった。   As a fuel electrode of such a low-temperature fuel cell, a fuel electrode catalyst using a combination of a transition metal or an alloy thereof and a specific organometallic complex has been reported (for example, Patent Document 1). However, few catalysts have been reported that are effective in actively oxidizing and removing carbon monoxide, and all the reported catalysts have a high reaction overvoltage.

このような一酸化炭素を酸化除去するための触媒及び一酸化炭素除去装置に使用される触媒としては、例えば、ロジウムポルフィリン又はその誘導体が知られている(例えば、特許文献2等)。これらロジウムポルフィリン又はその誘導体は、反応過電圧が低い触媒ではあるが、ポルフィリン配位子は高価であり、また、ロジウムポルフィリン錯体は極性溶媒に対して溶出しやすい。よく使用される電解液は水系なのでこの溶出は通常問題とならないが、非常に長期的な時間スケールでは電解液に溶出する可能性もある。また、有機溶媒を含む電解液に対しては溶解するので、このような電解液に対しては長期安定性に劣る。   As a catalyst for oxidizing and removing such carbon monoxide and a catalyst used in the carbon monoxide removing apparatus, for example, rhodium porphyrin or a derivative thereof is known (for example, Patent Document 2). These rhodium porphyrins or derivatives thereof are catalysts having a low reaction overvoltage, but porphyrin ligands are expensive, and rhodium porphyrin complexes are easily eluted with respect to polar solvents. Since commonly used electrolytes are water-based, this elution is usually not a problem, but there is a possibility of elution into the electrolyte on a very long time scale. Moreover, since it melt | dissolves with respect to the electrolyte solution containing an organic solvent, it is inferior to long-term stability with respect to such electrolyte solution.

一方、一酸化炭素を電気的に検出するガスセンサとして、プロトン導電体にイオン化電極と参照電極とを接続し、イオン化電極における一酸化炭素の酸化反応によって生じるプロトン電流を検出して、一酸化ガス濃度を測定する構造のセンサが知られている(特許文献3)。しかしながら、このガスセンサでは、イオン化電極として、白金等の貴金属触媒が多量に用いられているためにコストが高く、しかも一酸化炭素を酸化する際の過電圧が大きいために、検出感度が劣る。   On the other hand, as a gas sensor that electrically detects carbon monoxide, an ionization electrode and a reference electrode are connected to a proton conductor, and a proton current generated by an oxidation reaction of carbon monoxide at the ionization electrode is detected to detect a gas monoxide concentration. There is known a sensor having a structure for measuring (Patent Document 3). However, this gas sensor has a high cost because a large amount of a noble metal catalyst such as platinum is used as an ionization electrode, and the detection voltage is inferior due to a large overvoltage when oxidizing carbon monoxide.

特開2002−329500号公報JP 2002-329500 A 特開2006−261086号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-261086 特公平5−39509号公報Japanese Patent Publication No. 5-39509

本発明は、上記した様な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、燃料電池のアノード極、一酸化炭素センサ、電気化学的一酸化炭素除去装置等における使用に適した、一酸化炭素の電気化学的酸化反応に有効で、且つ、長期安定性にも優れた新規な触媒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 as described above, and its main purpose is to be used in an anode electrode of a fuel cell, a carbon monoxide sensor, an electrochemical carbon monoxide removal device, and the like. It is an object to provide a novel catalyst which is suitable for an electrochemical oxidation reaction of carbon monoxide and excellent in long-term stability.

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、ロジウムフタロシアニン錯体が、反応式:
CO + H2O → CO2 + 2H + 2e
で表される電気化学的一酸化炭素酸化反応に対する触媒能を有することを見出した。しかも、該ロジウムフタロシアニン錯体は、反応過電圧が小さく、一酸化炭素酸化除去の触媒活性が高いとともに、水を含む極性溶媒にもほとんど溶出しないために長期安定性にも優れることも見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものである。即ち、本発明は、以下の構成を包含する。
The present inventor has intensively studied to achieve the above-described object. As a result, the rhodium phthalocyanine complex has the reaction formula:
CO + H 2 O → CO 2 + 2H + + 2e
It has been found that it has catalytic ability for the electrochemical carbon monoxide oxidation reaction represented by In addition, the rhodium phthalocyanine complex was found to have a low reaction overvoltage, a high catalytic activity for removing carbon monoxide, and an excellent long-term stability because it hardly elutes into a polar solvent containing water. The present invention has been completed based on these findings. That is, the present invention includes the following configurations.

項1.ロジウムフタロシアニン錯体を有効成分とする一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒。   Item 1. Catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide containing rhodium phthalocyanine complex as an active ingredient.

項2.前記ロジウムフタロシアニン錯体が、一般式(1):   Item 2. The rhodium phthalocyanine complex has the general formula (1):

Figure 0006590405
Figure 0006590405

[式中、R1〜R16は同一又は異なって、水素原子、ハロゲン原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルコキシ基、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよいアシル基、置換されていてもよいアルケニル基、又はアミノ基を示す。Xはハロゲン原子を示す。点線は配位結合を示す。]
で表されるロジウムフタロシアニン錯体である、項1に記載の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒。
[Wherein, R 1 to R 16 are the same or different and each represents a hydrogen atom, a halogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkoxy group, an optionally substituted aryl group, or a substituted group. And an optionally substituted acyl group, an optionally substituted alkenyl group, or an amino group. X represents a halogen atom. A dotted line shows a coordination bond. ]
Item 2. The catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide according to Item 1, which is a rhodium phthalocyanine complex represented by the formula:

項3.前記一般式(1)において、R1〜R16がいずれも水素原子である、項1又は2に記載の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒。 Item 3. Item 3. The catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide according to item 1 or 2, wherein in the general formula (1), R 1 to R 16 are all hydrogen atoms.

項4.前記ロジウムフタロシアニン錯体が導電性担体に担持されている、項1〜3のいずれか一項に記載の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒。   Item 4. Item 4. The catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide according to any one of Items 1 to 3, wherein the rhodium phthalocyanine complex is supported on a conductive carrier.

項5.前記導電性担体がカーボンブラックである、項4に記載の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒。   Item 5. Item 5. The catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide according to Item 4, wherein the conductive support is carbon black.

項6.項1〜5のいずれか一項に記載の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒、及びアノード触媒物質を含む、固体高分子形燃料電池用アノード極。   Item 6. Item 6. An anode for a polymer electrolyte fuel cell, comprising the catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide according to any one of Items 1 to 5 and an anode catalyst material.

項7.項6に記載のアノード極を構成要素として含む、一酸化炭素を燃料とする固体高分子形燃料電池。   Item 7. A solid polymer fuel cell using carbon monoxide as a fuel, comprising the anode electrode according to Item 6 as a constituent element.

項8.項1〜5のいずれか一項に記載の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒を、一酸化炭素検出部における一酸化炭素の酸化用触媒成分として含む、一酸化炭素センサ。   Item 8. Item 6. A carbon monoxide sensor comprising the catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide according to any one of items 1 to 5 as a catalyst component for oxidation of carbon monoxide in a carbon monoxide detector.

項9.電解液、作用極、対極及び電源装置を含む、固体高分子形燃料電池用アノードガス中の一酸化炭素酸化除去装置において、作用極における一酸化炭素の酸化用触媒として、項1〜5のいずれか一項に記載の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒を含む、アノードガス中の一酸化炭素酸化除去装置。   Item 9. Any one of Items 1 to 5 as a catalyst for oxidizing carbon monoxide in a working electrode in a carbon monoxide oxidation removing apparatus in an anode gas for a polymer electrolyte fuel cell, including an electrolytic solution, a working electrode, a counter electrode, and a power supply device An apparatus for removing carbon monoxide from an anode gas, comprising the catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide according to claim 1.

本発明の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒によれば、ロジウムフタロシアニン錯体を使用しているため、一酸化炭素を低い過電圧で効率よく酸化させることができる。   According to the catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide of the present invention, since a rhodium phthalocyanine complex is used, carbon monoxide can be efficiently oxidized at a low overvoltage.

また、導電性担体がカーボンブラックである場合には、該ロジウムフタロシアニン錯体を原子単位に近い状態で分散担持させることができるので、触媒金属の使用量を大幅に減少することができ、安価で高活性の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒とすることができる。   Further, when the conductive support is carbon black, the rhodium phthalocyanine complex can be dispersed and supported in a state close to atomic units, so that the amount of catalyst metal used can be greatly reduced, and it is inexpensive and expensive. It can be a catalyst for the electrochemical oxidation of active carbon monoxide.

さらに、ロジウムフタロシアニン錯体は、水を含む極性溶媒に対してほとんど溶出しないため、長期安定性にも優れる。   Furthermore, since rhodium phthalocyanine complex is hardly eluted with respect to a polar solvent containing water, it is excellent in long-term stability.

固体高分子形燃料電池用一酸化炭素酸化除去装置の概略図である。It is the schematic of the carbon monoxide oxidation removal apparatus for polymer electrolyte fuel cells. 実施例1で得たロジウムフタロシアニン錯体担持カーボン触媒(実施例1)のリニアスイープボルタモグラムである。参考となるベースラインもあわせて示す。2 is a linear sweep voltammogram of the rhodium phthalocyanine complex-supported carbon catalyst (Example 1) obtained in Example 1. FIG. A reference baseline is also shown. 実施例1で得たロジウムフタロシアニン担持カーボン触媒について、0.45 V、0.55 V又は0.65 Vで定電位アンペロメトリーを行った際の電位−時間曲線である。2 is a potential-time curve when the rhodium phthalocyanine-supported carbon catalyst obtained in Example 1 is subjected to constant potential amperometry at 0.45 V, 0.55 V, or 0.65 V. FIG. 実施例1で得たロジウムフタロシアニン担持カーボン触媒及び比較例1で得たロジウムポルフィリン担持カーボン触媒の溶出試験の結果を示すグラフである。2 is a graph showing the results of an elution test of the rhodium phthalocyanine-carrying carbon catalyst obtained in Example 1 and the rhodium porphyrin-carrying carbon catalyst obtained in Comparative Example 1. FIG.

本発明の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒は、ロジウムフタロシアニン錯体を有効成分とする。   The catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide of the present invention contains a rhodium phthalocyanine complex as an active ingredient.

上記ロジウムフタロシアニン錯体は、反応式:
CO + H2O → CO2 + 2H + 2e
で表される一酸化炭素の電気化学的酸化反応に対して優れた活性を有する。よって、該ロジウムフタロシアニン錯体の存在下に一酸化炭素を電気化学的に酸化することによって、低い過電圧で効率よく一酸化炭素を酸化することが可能である。また、該ロジウムフタロシアニン錯体は、水を含む極性溶媒に対してほとんど溶出しないため、長期安定性にも優れる。
The rhodium phthalocyanine complex has the reaction formula:
CO + H 2 O → CO 2 + 2H + + 2e
It has an excellent activity for the electrochemical oxidation reaction of carbon monoxide represented by Therefore, it is possible to efficiently oxidize carbon monoxide with low overvoltage by electrochemically oxidizing carbon monoxide in the presence of the rhodium phthalocyanine complex. In addition, since the rhodium phthalocyanine complex hardly elutes with respect to a polar solvent containing water, it is excellent in long-term stability.

このようなロジウムフタロシアニン錯体は、一般式(1):   Such rhodium phthalocyanine complexes have the general formula (1):

Figure 0006590405
Figure 0006590405

[式中、R1〜R16は同一又は異なって、水素原子、ハロゲン原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルコキシ基、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよいアシル基、置換されていてもよいアルケニル基、又はアミノ基を示す。Xはハロゲン原子を示す。点線は配位結合を示す。]
で表される錯体が好ましい。
[Wherein, R 1 to R 16 are the same or different and each represents a hydrogen atom, a halogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkoxy group, an optionally substituted aryl group, or a substituted group. And an optionally substituted acyl group, an optionally substituted alkenyl group, or an amino group. X represents a halogen atom. A dotted line shows a coordination bond. ]
The complex represented by these is preferable.

一般式(1)において、R1〜R16で示されるハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。 In the general formula (1), examples of the halogen atom represented by R 1 to R 16 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.

一般式(1)において、R1〜R16で示されるアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基等の低級アルキル基(特に炭素数1〜10、特に1〜6の直鎖又は分岐鎖アルキル基)が挙げられる。また、このアルキル基は、例えば、上記ハロゲン原子、後述のアルコキシ基、後述のアリール基、後述のアシル基、後述のアルケニル基、アミノ基等の置換基を1〜6個(特に1〜3個)有することもできる。 In the general formula (1), examples of the alkyl group represented by R 1 to R 16 include, for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert -Lower alkyl groups such as butyl group, n-pentyl group and n-hexyl group (particularly linear or branched alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms, particularly 1 to 6 carbon atoms). In addition, the alkyl group includes, for example, 1 to 6 substituents (particularly 1 to 3) such as the halogen atom, an alkoxy group described later, an aryl group described later, an acyl group described later, an alkenyl group described later, an amino group, and the like. ).

一般式(1)において、R1〜R16で示されるアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基等の低級アルコキシ基(特に炭素数1〜10、特に1〜6の直鎖又は分岐鎖アルコキシ基)が挙げられる。また、このアルコキシ基は、例えば、上記ハロゲン原子、上記アルコキシ基、後述のアリール基、後述のアシル基、後述のアルケニル基、アミノ基等の置換基を1〜6個(特に1〜3個)有することもできる。 In the general formula (1), examples of the alkoxy group represented by R 1 to R 16 include a methoxy group, an ethoxy group, an n-propoxy group, an isopropoxy group, an n-butoxy group, an isobutoxy group, a sec-butoxy group, and lower alkoxy groups such as tert-butoxy group (particularly linear or branched alkoxy groups having 1 to 10 carbon atoms, particularly 1 to 6 carbon atoms). In addition, the alkoxy group includes, for example, 1 to 6 substituents (particularly 1 to 3) such as the halogen atom, the alkoxy group, an aryl group described later, an acyl group described later, an alkenyl group described later, and an amino group. Can also have.

一般式(1)において、R1〜R16で示されるアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、フェナントリル基、ビフェニル基、ピリジル基等が挙げられる。また、このアリール基は、例えば、上記ハロゲン原子、上記アルキル基、上記アルコキシ基、上記アリール基、後述のアシル基、後述のアルケニル基、アミノ基等の置換基を1〜6個(特に1〜3個)有することもできる。 In the general formula (1), examples of the aryl group represented by R 1 to R 16 include a phenyl group, a naphthyl group, an anthranyl group, a phenanthryl group, a biphenyl group, and a pyridyl group. In addition, the aryl group includes, for example, 1 to 6 substituents such as the halogen atom, the alkyl group, the alkoxy group, the aryl group, an acyl group described below, an alkenyl group described below, and an amino group (particularly 1 to 3).

一般式(1)において、R1〜R16で示されるアシル基としては、例えば、アセチル基、プロピオニル基等の炭素数2〜20のアシル基が挙げられる。また、このアシル基は、例えば、上記ハロゲン原子、上記アルキル基、上記アルコキシ基、上記アリール基、上記アシル基、後述のアルケニル基、アミノ基等の置換基を1〜6個(特に1〜3個)有することもできる。 In the general formula (1), examples of the acyl group represented by R 1 to R 16 include an acyl group having 2 to 20 carbon atoms such as an acetyl group and a propionyl group. In addition, this acyl group includes, for example, 1 to 6 substituents (particularly 1 to 3) such as the halogen atom, the alkyl group, the alkoxy group, the aryl group, the acyl group, an alkenyl group, and an amino group described below. Can also be included.

一般式(1)において、R1〜R16で示されるアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、2−ブテニル基、3−ブテニル基、1−メチルアリル基、2−ペンテニル基、2−ヘキセニル基等の炭素数2〜20の直鎖又は分岐鎖アルケニル基が挙げられる。また、このアルケニル基は、例えば、上記ハロゲン原子、上記アルキル基、上記アルコキシ基、上記アリール基、上記アシル基、上記アルケニル基、アミノ基等の置換基を1〜6個(特に1〜3個)有することもできる。 In the general formula (1), examples of the alkenyl group represented by R 1 to R 16 include a vinyl group, allyl group, 2-butenyl group, 3-butenyl group, 1-methylallyl group, 2-pentenyl group, 2- C2-C20 linear or branched alkenyl groups, such as a hexenyl group, are mentioned. The alkenyl group includes, for example, 1 to 6 substituents (particularly 1 to 3) such as the halogen atom, the alkyl group, the alkoxy group, the aryl group, the acyl group, the alkenyl group, and the amino group. ).

一般式(1)において、R1〜R16としては、一酸化炭素をより低い過電圧で酸化することができ、長期安定性にもより優れる観点から、いずれも水素原子が好ましい。 In general formula (1), as R 1 to R 16 , carbon atoms can be oxidized at a lower overvoltage, and from the viewpoint of better long-term stability, all are preferably hydrogen atoms.

一般式(1)において、Xで示されるハロゲン原子としては、例えば、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。   In the general formula (1), examples of the halogen atom represented by X include a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.

固体高分子形燃料電池、一酸化炭素センサ、一酸化炭素除去装置等において、一酸化炭素を電気化学的に酸化除去する際には、通常、電解液中で反応が行われる。このため、固体高分子形燃料電池、一酸化炭素センサ、一酸化炭素除去装置等の性能の長期安定性を向上させるためには、有効成分である触媒が電解液に対して溶出しないことが好ましい。具体的には、触媒がプロトンを含む極性溶媒に対して溶解しないことが好ましい。本発明において、ロジウムフタロシアニン錯体は、一酸化炭素の電気化学的酸化反応前、反応中及び反応後のいずれにおいても、水と極性溶媒(メタノール等のアルコール等)の混合溶媒に対してほとんど溶出しない。このように溶媒に対する溶解性が非常に低いため、固体高分子形燃料電池、一酸化炭素センサ、一酸化炭素除去装置等の性能の長期安定性をより向上させることができる。   In a polymer electrolyte fuel cell, a carbon monoxide sensor, a carbon monoxide removing device, and the like, when carbon monoxide is electrochemically removed by oxidation, a reaction is usually performed in an electrolytic solution. For this reason, in order to improve the long-term stability of the performance of the polymer electrolyte fuel cell, the carbon monoxide sensor, the carbon monoxide removal device, etc., it is preferable that the catalyst as the active ingredient does not elute with respect to the electrolyte solution. . Specifically, it is preferable that the catalyst does not dissolve in a polar solvent containing protons. In the present invention, the rhodium phthalocyanine complex hardly elutes with respect to a mixed solvent of water and a polar solvent (alcohol such as methanol) before, during and after the electrochemical oxidation of carbon monoxide. . Thus, since the solubility with respect to a solvent is very low, the long-term stability of performance, such as a polymer electrolyte fuel cell, a carbon monoxide sensor, a carbon monoxide removal apparatus, can be improved more.

上記のような条件を満たすロジウムフタロシアニン錯体としては、例えば、   Examples of rhodium phthalocyanine complexes that satisfy the above conditions include:

Figure 0006590405
Figure 0006590405

等が挙げられる。 Etc.

上記一般式(1)で表されるロジウムフタロシアニン錯体は、ロジウムの塩とo−シアノベンズアミドを反応させることによって得ることができる。具体的には、例えば、I. M. Keen, B. W. Malerbi, J. Inorg. Nucl. Chem. 27 (1965) 1311.に記載されている方法等に準じて合成することができる。即ち、ロジウムの塩とo−シアノベンズアミドを加熱したのち、ソックスレー抽出を行うことにより目的とするロジウムフタロシアニン錯体を得ることができる。   The rhodium phthalocyanine complex represented by the general formula (1) can be obtained by reacting a rhodium salt with o-cyanobenzamide. Specifically, for example, it can be synthesized according to the method described in I. M. Keen, B. W. Malerbi, J. Inorg. Nucl. Chem. 27 (1965) 1311. That is, the target rhodium phthalocyanine complex can be obtained by heating the rhodium salt and o-cyanobenzamide and then performing Soxhlet extraction.

ロジウムの塩としては特に制限されず、収率等の観点から、ロジウムテトラカルボニルジクロリド(Rh2Cl2(CO)4)、塩化ロジウム(RhCl3)、六ロジウムヘキサデカカルボニル(Rh6(CO)16)等が好ましく、塩化ロジウム(RhCl3)がより好ましい。 The rhodium salt is not particularly limited. From the viewpoint of yield, rhodium tetracarbonyl dichloride (Rh 2 Cl 2 (CO) 4 ), rhodium chloride (RhCl 3 ), hexarhodium hexadecacarbonyl (Rh 6 (CO) 16 ) and the like are preferable, and rhodium chloride (RhCl 3 ) is more preferable.

ロジウムの塩、錯体等の使用量は、特に制限されず、収率等の観点から、例えば、o−シアノベンズアミド1モルに対して、ロジウムの原子数で0.01〜3.0モルが好ましく、0.1〜0.3モルがより好ましい。   The amount of rhodium salt, complex, etc. used is not particularly limited, and from the viewpoint of yield and the like, for example, 0.01 to 3.0 moles of rhodium atoms are preferable with respect to 1 mole of o-cyanobenzamide, and 0.1 to 0.3 Mole is more preferred.

加熱温度は収率等の観点から、例えば、200〜300℃が好ましく、250〜300℃がより好ましい。   From the viewpoint of yield and the like, the heating temperature is preferably, for example, 200 to 300 ° C, and more preferably 250 to 300 ° C.

加熱時間は反応が十分に進行する時間とすればよく、特に制限はないが、例えば、1時間〜6時間が好ましく、3時間〜5時間がより好ましい。   The heating time may be a time during which the reaction proceeds sufficiently, and is not particularly limited. For example, 1 hour to 6 hours is preferable, and 3 hours to 5 hours is more preferable.

上記一般式(1)で表されるロジウムフタロシアニン錯体は、一般式(2):   The rhodium phthalocyanine complex represented by the general formula (1) has the general formula (2):

Figure 0006590405
Figure 0006590405

[式中、R1〜R16は前記に同じである。]
で表されるフタロシアニン化合物と、ロジウム原子とでキレートを形成することによっても得ることができる。
[Wherein, R 1 to R 16 are the same as defined above. ]
It can also be obtained by forming a chelate with a phthalocyanine compound represented by

即ち、有機溶媒中で、一般式(2)で表されるフタロシアニン化合物とロジウムの塩、錯体等とを反応させることで目的とするロジウムフタロシアニン錯体を得ることができる。具体的には、有機溶媒中で、一般式(2)で表されるフタロシアニン化合物とロジウムの塩、錯体等とを溶解又は分散させ、その後、加熱処理を施し、必要に応じて精製処理を施すことにより、目的とするロジウムフタロシアニン錯体を得ることができる。   That is, the intended rhodium phthalocyanine complex can be obtained by reacting the phthalocyanine compound represented by the general formula (2) with a rhodium salt, complex or the like in an organic solvent. Specifically, the phthalocyanine compound represented by the general formula (2) and a rhodium salt, complex, or the like are dissolved or dispersed in an organic solvent, and then subjected to a heat treatment, and a purification treatment is performed as necessary. Thus, the intended rhodium phthalocyanine complex can be obtained.

ロジウムの塩、錯体としては特に制限されず、収率等の観点から、ロジウムテトラカルボニルジクロリド(Rh2Cl2(CO)4)、塩化ロジウム(RhCl3)、六ロジウムヘキサデカカルボニル(Rh6(CO)16)等が好ましく、ロジウムテトラカルボニルジクロリド(Rh2Cl2(CO)4)がより好ましい。 The rhodium salt or complex is not particularly limited. From the viewpoint of yield, rhodium tetracarbonyl dichloride (Rh 2 Cl 2 (CO) 4 ), rhodium chloride (RhCl 3 ), hexarhodium hexadecacarbonyl (Rh 6 ( CO) 16 ) and the like are preferable, and rhodium tetracarbonyl dichloride (Rh 2 Cl 2 (CO) 4 ) is more preferable.

ロジウムの塩、錯体等の使用量は、特に制限されず、収率等の観点から、例えば、フタロシアニン化合物1モルに対して、ロジウムの原子数で1.0〜2.0モルが好ましく、1.0〜1.5モルがより好ましい。   The amount of rhodium salt, complex, etc. used is not particularly limited, and from the viewpoint of yield and the like, for example, 1.0 to 2.0 mol is preferable in terms of the number of rhodium atoms with respect to 1 mol of the phthalocyanine compound, and 1.0 to 1.5 mol is preferable. More preferred.

用いる有機溶媒は、フタロシアニン化合物とロジウムの塩、錯体等が両方溶解すれば特に制限はないが、収率等の観点から、トルエン、キシレン等が好ましい。その中でも特にトルエンが望ましい。   The organic solvent to be used is not particularly limited as long as both the phthalocyanine compound and the rhodium salt, complex and the like are dissolved, but toluene, xylene and the like are preferable from the viewpoint of yield and the like. Of these, toluene is particularly desirable.

加熱温度は有機溶媒の沸点より低ければ特に制限はないが、収率等の観点から、例えば、30〜150℃が好ましく、80〜120℃がより好ましい。   Although there will be no restriction | limiting in particular if heating temperature is lower than the boiling point of an organic solvent, From viewpoints, such as a yield, 30-150 degreeC is preferable, for example, and 80-120 degreeC is more preferable.

加熱時間は反応が十分に進行する時間とすればよく、特に制限はないが、例えば、10分〜24時間が好ましく、30分〜5時間がより好ましい。   The heating time may be a time during which the reaction proceeds sufficiently, and is not particularly limited. For example, 10 minutes to 24 hours is preferable, and 30 minutes to 5 hours is more preferable.

本発明の一般式(1)で表されるロジウムフタロシアニン錯体は、導電性担体に担持させることにより、錯体を良好に分散させ、錯体を有効に活用させることができる。また、導電性担体への担持により錯体と電極との電子移動を迅速に行われると考えられる。そのため、一酸化炭素の電気化学的酸化反応の過電圧をより小さく、一酸化炭素の電気化学的酸化反応の触媒活性をより高くすることができる。これは、該ロジウムフタロシアニン錯体が、導電性担体との相互作用によって該担体に強固に吸着担持されるためと思われる。   The rhodium phthalocyanine complex represented by the general formula (1) of the present invention can be favorably dispersed by supporting the rhodium phthalocyanine complex on a conductive carrier, and the complex can be effectively utilized. In addition, it is considered that the electron transfer between the complex and the electrode can be rapidly performed by supporting the conductive carrier. Therefore, the overvoltage of the electrochemical oxidation reaction of carbon monoxide can be made smaller, and the catalytic activity of the electrochemical oxidation reaction of carbon monoxide can be made higher. This seems to be because the rhodium phthalocyanine complex is strongly adsorbed and supported on the carrier by the interaction with the conductive carrier.

導電性担体としては、例えば、従来から固体高分子形燃料電池用の触媒担体、一酸化炭素センサ、電気化学的一酸化炭素除去装置等に用いられる各種の担体を用いることができる。この様な導電性担体の具体例としては、例えば、カーボンブラック(ケッチェンブラック、ファーネスブラック、アセチレンブラック等)、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(特にケッチェンブラック)は、上記一般式(1)で表されるロジウムフタロシアニン錯体との相互作用が大きくロジウムフタロシアニン錯体を分散担持させる働きが強く、更に、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。   As the conductive carrier, for example, various carriers conventionally used for a catalyst carrier for a polymer electrolyte fuel cell, a carbon monoxide sensor, an electrochemical carbon monoxide removing device and the like can be used. Specific examples of such a conductive carrier include carbonaceous materials such as carbon black (Ketjen black, furnace black, acetylene black, etc.), activated carbon, and graphite. Among these, carbon black (especially ketjen black) has a large interaction with the rhodium phthalocyanine complex represented by the above general formula (1), and has a strong function of dispersing and supporting the rhodium phthalocyanine complex. Since it is excellent and has a large specific surface area, it is a particularly preferable substance as a conductive carrier.

導電性担体の形状等については特に限定はなく、例えば、平均一次粒子径が10〜1000 nmが好ましく、10〜50 nmがより好ましい。なお、導電性担体として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50〜1600 m2/gが好ましく、100〜1200 m2/gがより好ましい。このようなカーボンブラックの具体例としては、例えば、ケッチェンブラック、Vulcan XC-72R(Cabot社製)等を用いることができる。 There are no particular limitations on the shape or the like of the conductive carrier, and for example, the average primary particle size is preferably 10 to 1000 nm, more preferably 10 to 50 nm. When carbon black is used as the conductive carrier, for example, the specific surface area by the BET method is preferably 50 to 1600 m 2 / g, more preferably 100 to 1200 m 2 / g. As specific examples of such carbon black, for example, ketjen black, Vulcan XC-72R (manufactured by Cabot) and the like can be used.

導電性担体にロジウムフタロシアニン錯体の担持方法としては、例えば、溶解乾燥法、気相法等の公知の方法を採用できる。   As a method for supporting the rhodium phthalocyanine complex on the conductive carrier, for example, a known method such as a dissolution drying method or a gas phase method can be employed.

例えば、溶解乾燥法では、ロジウムフタロシアニン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、必要に応じて撹拌することにより、該導電性担体にロジウムフタロシアニン錯体を吸着させた後、必要に応じて有機溶媒を乾燥させることが挙げられる。また、有機溶媒中にロジウムフタロシアニン錯体が多量に含まれる場合でも、平衡に達するまでロジウムフタロシアニン錯体を導電性担体に吸着させた後、ろ過することによって、導電性担体に吸着していないロジウムフタロシアニン錯体を除去して、該導電性担体と相互作用しているロジウムフタロシアニン錯体のみを該導電性担体の表面に残すことができる。   For example, in the dissolution drying method, a rhodium phthalocyanine complex is dissolved in an organic solvent, a conductive carrier is added to this solution, and the mixture is stirred as necessary to adsorb the rhodium phthalocyanine complex to the conductive carrier. The organic solvent may be dried as necessary. In addition, even when a large amount of rhodium phthalocyanine complex is contained in the organic solvent, the rhodium phthalocyanine complex that is not adsorbed on the conductive carrier is filtered by adsorbing the rhodium phthalocyanine complex on the conductive carrier until equilibrium is reached. Can be removed, leaving only the rhodium phthalocyanine complex interacting with the conductive support on the surface of the conductive support.

この方法では、有機溶媒としては、ロジウムフタロシアニン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、トルエン、ジクロロメタン、クロロホルム、等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 rhodium phthalocyanine complex. For example, toluene, dichloromethane, chloroform and the like can be suitably used.

ろ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ロジウムフタロシアニン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ロジウムフタロシアニン錯体のみを含む高活性且つ長期安定性に優れる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 rhodium phthalocyanine complex, which has a weak interaction with the conductive carrier, can be washed away and firmly adsorbed on the conductive carrier. It is possible to obtain a catalyst having only high rhodium phthalocyanine complex and excellent in long-term stability.

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、加熱蒸着法等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ロジウムフタロシアニン錯体の量については、特に限定はなく、例えば、導電性担体1 gに対して、ロジウムフタロシアニン錯体を0.001〜0.8 g、特に0.003〜0.6 g担持させることが好ましい。   The amount of the rhodium phthalocyanine complex supported on the conductive support is not particularly limited. For example, it is preferable to support 0.001 to 0.8 g, particularly 0.003 to 0.6 g of the rhodium phthalocyanine complex with respect to 1 g of the conductive support. .

導電性担体上にロジウムフタロシアニン錯体を担持させる方法は、上記方法のみに限定されることはなく、例えば、上記一般式(2)で表されるフタロシアニン化合物を導電性担体上に担持してから、当該フタロシアニン化合物とロジウム原子とでキレートを形成することもできる。フタロシアニン化合物を導電性担体上に担持する方法は、上記したような溶液乾燥法、気相法等を採用することができる。具体的には、ロジウムフタロシアニン錯体の代わりにフタロシアニン化合物を用いること以外は上記説明した方法にしたがって、フタロシアニン化合物を導電性担体上に担持することができる。その後、上記した方法等に準じて導電性担体上に担持したフタロシアニン化合物とロジウム原子とでキレートを形成することができる。   The method for supporting the rhodium phthalocyanine complex on the conductive carrier is not limited to the above method. For example, after the phthalocyanine compound represented by the general formula (2) is supported on the conductive carrier, A chelate can also be formed by the phthalocyanine compound and a rhodium atom. As a method of supporting the phthalocyanine compound on the conductive carrier, the above-described solution drying method, gas phase method, or the like can be employed. Specifically, the phthalocyanine compound can be supported on the conductive carrier according to the method described above except that a phthalocyanine compound is used instead of the rhodium phthalocyanine complex. Thereafter, a chelate can be formed by the phthalocyanine compound supported on the conductive carrier and the rhodium atom in accordance with the above-described method.

一般式(1)で表されるロジウムフタロシアニン錯体を有効成分とする本発明の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒は、一酸化酸素を選択性よく電気化学的に酸化させることができ、一酸化炭素により被毒しにくいとともに、電解液中に溶出しにくく長期安定性に優れるので、このような特性が要求される各種の用途に用いることができる。   The catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide of the present invention comprising a rhodium phthalocyanine complex represented by the general formula (1) as an active ingredient is capable of electrochemically oxidizing oxygen monoxide with high selectivity. Since it is difficult to be poisoned by carbon oxide and it is difficult to elute into the electrolyte solution and has excellent long-term stability, it can be used for various applications requiring such characteristics.

例えば、天然ガス、メタノール、ガソリン等を改質して得られる一酸化炭素を含む水素ガスを燃料とする固体高分子形燃料電池において、アノード触媒物質と組合せて用いることによって、一酸化炭素を選択的に酸化除去して、耐一酸化炭素被毒性に優れ、電解液中に溶出しにくく長期安定性に優れたアノード極を得ることができる。   For example, in a polymer electrolyte fuel cell using hydrogen gas containing carbon monoxide obtained by reforming natural gas, methanol, gasoline, etc. as a fuel, carbon monoxide is selected by using it in combination with an anode catalyst material. Thus, it is possible to obtain an anode electrode that is excellent in carbon monoxide poisoning resistance, is not easily eluted in the electrolyte solution, and has excellent long-term stability.

この場合のアノード極におけるアノード触媒物質としては、例えば、白金等の公知の触媒を用いることができる。本発明の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒とアノード触媒物質との割合は、特に限定的ではなく、例えば、前者100質量部に対して、後者1〜500質量部の範囲から適宜決めることができる。一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒とアノード触媒物質とは、それぞれ、別個の導電性担体に担持させて用いることもできるし、同一の導電性担体に担持させることもできる。同一の導電性担体に担持させる場合には、例えば、白金等の触媒物質を担持させた導電性担体上に、さらに、上記した各種の方法でロジウムフタロシアニン錯体を担持させる方法、ロジウムフタロシアニン錯体を担持させた導電性担体上に、さらに、白金等の触媒物質を担持させる方法等を適用できる。   As the anode catalyst material in the anode electrode in this case, for example, a known catalyst such as platinum can be used. The ratio of the catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide and the anode catalyst material of the present invention is not particularly limited. For example, the ratio is appropriately determined from the range of 1 to 500 parts by mass with respect to the former 100 parts by mass. Can do. The catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide and the anode catalyst material can be used by being supported on separate conductive carriers, or can be supported on the same conductive carrier. In the case of supporting the same conductive carrier, for example, a method of supporting a rhodium phthalocyanine complex by the above-mentioned various methods on a conductive carrier supporting a catalyst material such as platinum, and a rhodium phthalocyanine complex. For example, a method of supporting a catalyst material such as platinum on the conductive carrier thus applied can be applied.

アノード極の構造、及びこのアノード極を用いる固体高分子形燃料電池の構造については、特に限定はなく、公知の燃料電池と同様とすることができる。   The structure of the anode electrode and the structure of the polymer electrolyte fuel cell using this anode electrode are not particularly limited, and can be the same as that of a known fuel cell.

また、その他に、本発明の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒は、例えば、電極反応を利用して一酸化炭素を検出するためのセンサとして用いることができる。この場合には、本発明の触媒を一酸化炭素の酸化用触媒として含むセンサを用い、検出方法としては、一酸化炭素の酸化反応によって生じる電流を検出する方法、電位差を検出する方法、プロトンを検出する方法等を採用できる。例えば、特許文献3に記載されているガス検出装置におけるセンサと同様に、一酸化炭素を電極反応によって酸化させてプロトンを生成させるためのイオン化電極と、プロトン導電体と、プロトン導電体からプロトンを収受し、雰囲気中の酸素と反応させて水として排出するための参照電極とを有する、プロトン導電体ガスセンサとすることができる。このような構造のガスセンサにおいて、イオン化電極における一酸化炭素の酸化用触媒として本発明の触媒を用いることで、より感度よく且つ長期的に一酸化炭素を検出することができる。   In addition, the carbon monoxide electrochemical oxidation catalyst of the present invention can be used, for example, as a sensor for detecting carbon monoxide using an electrode reaction. In this case, a sensor including the catalyst of the present invention as a carbon monoxide oxidation catalyst is used, and detection methods include a method of detecting a current generated by an oxidation reaction of carbon monoxide, a method of detecting a potential difference, and a proton. A detection method or the like can be employed. For example, similar to the sensor in the gas detection device described in Patent Document 3, an ionization electrode for oxidizing carbon monoxide by an electrode reaction to generate protons, a proton conductor, and protons from the proton conductors. A proton conductor gas sensor having a reference electrode for receiving and reacting with oxygen in the atmosphere to discharge as water can be obtained. In the gas sensor having such a structure, by using the catalyst of the present invention as the catalyst for oxidizing carbon monoxide in the ionization electrode, it is possible to detect carbon monoxide with higher sensitivity and in the long term.

また、その他に、本発明の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒は、例えば、天然ガス、メタノール、ガソリン等を改質して得られる改質ガスをアノードガスとする固体高分子形燃料電池において、アノードガスを燃料電池に供給する前に、該アノードガスに含まれる一酸化炭素を電解によって酸化除去するための一酸化炭素酸化除去装置における一酸化炭素酸化用触媒として用いることで、一酸化酸素を選択性よく電気化学的に酸化させることができ、一酸化炭素により被毒しにくいとともに、電解液中に溶出しにくいために長期安定性に優れる一酸化炭素酸化除去装置を得ることができる。このような一酸化炭素酸化除去装置は、例えば、電解液、作用極、対極及び電源装置を基本的な構成要素とするものである。   In addition, the catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide of the present invention is, for example, a solid polymer fuel cell using a reformed gas obtained by reforming natural gas, methanol, gasoline or the like as an anode gas. In this case, before supplying the anode gas to the fuel cell, the carbon monoxide contained in the anode gas is oxidized and removed as a catalyst for carbon monoxide oxidation in a carbon monoxide oxidation removal apparatus for electrolysis. Oxygen can be oxidized electrochemically with good selectivity, and it is difficult to be poisoned by carbon monoxide, and it is difficult to elute into the electrolyte solution, so that a carbon monoxide oxidation removal device with excellent long-term stability can be obtained. . Such a carbon monoxide oxidation removal apparatus has, for example, an electrolytic solution, a working electrode, a counter electrode, and a power supply device as basic components.

該一酸化炭素酸化除去装置の概略図を図1に示す。該一酸化炭素酸化除去装置は、基本的には、通常の各種電解装置と同様の構造とすることができる。電解液としては、例えば、0.1〜1.0 Mの硫酸溶液等を用いることができる。本発明の触媒は、作用極における一酸化炭素の酸化用触媒として用いる。作用極では、炭素電極等の導電体を基材として用い、導電性を有するバインダにより本発明の触媒を該基材に固定することができる。対極については特に限定はなく、通常の電解装置で用いられる各種電極を使用できる。例えば、炭素電極等を用いることができる。電源装置としては、例えば、定電圧電源(ポテンショスタット)等を用いることができる。さらに、作用極を所定の電位に設定するために、通常、電解質溶液中に参照電極を設置することができる。参照電極としても、通常の電解装置において用いられている各種の電極を用いることができる。例えば、銀/塩化銀電極等を用いることができる。   A schematic diagram of the carbon monoxide removal apparatus is shown in FIG. The carbon monoxide oxidation removal apparatus can basically have the same structure as that of various ordinary electrolysis apparatuses. As the electrolytic solution, for example, a 0.1 to 1.0 M sulfuric acid solution or the like can be used. The catalyst of the present invention is used as a catalyst for oxidizing carbon monoxide at the working electrode. In the working electrode, a conductive material such as a carbon electrode is used as a base material, and the catalyst of the present invention can be fixed to the base material with a conductive binder. There is no particular limitation on the counter electrode, and various electrodes used in a normal electrolysis apparatus can be used. For example, a carbon electrode can be used. As the power supply device, for example, a constant voltage power supply (potentiostat) or the like can be used. Furthermore, in order to set the working electrode at a predetermined potential, a reference electrode can usually be installed in the electrolyte solution. As the reference electrode, various electrodes used in a normal electrolysis apparatus can be used. For example, a silver / silver chloride electrode can be used.

該一酸化炭素酸化除去装置では、例えば、電解液にアノードガスをバブリング等の方法で通気し、通気中に定電圧電源(ポテンショスタット)を使って参照極に対して作用極に正の電圧を印加することによって、アノードガス中に含まれる一酸化炭素を選択性よく電気化学的に酸化することができる。この際、作用極の触媒として本発明の触媒を用いることによって、低い過電圧で、且つ、長期安定的に、燃料ガスを酸化することなく、一酸化炭素を電気化学的に酸化することができ、アノードガスの純化が可能となる。該一酸化炭素酸化除去装置からの排出ガスを固体高分子形燃料電池に供給することによって、純度の高い水素ガスを燃料電池に供給することが可能となる。   In the carbon monoxide oxidation removing apparatus, for example, an anode gas is bubbled into the electrolyte solution by a method such as bubbling, and a positive voltage is applied to the working electrode with respect to the reference electrode using a constant voltage power source (potentiostat) during the ventilation. By applying, carbon monoxide contained in the anode gas can be electrochemically oxidized with high selectivity. At this time, by using the catalyst of the present invention as a working electrode catalyst, carbon monoxide can be electrochemically oxidized without oxidizing the fuel gas at a low overvoltage and stably for a long period of time. Anode gas can be purified. By supplying the exhaust gas from the carbon monoxide oxidation removal apparatus to the polymer electrolyte fuel cell, it is possible to supply high purity hydrogen gas to the fuel cell.

以下、製造例及び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 production examples and examples.

製造例1:ロジウムフタロシアニンの合成Production Example 1: Synthesis of rhodium phthalocyanine

Figure 0006590405
Figure 0006590405

参考文献 (J. M. Keen, B. W. Malerbi, J. Inorg. Nucl. Chem. 27 (1965) 1311.) に従って、ロジウムフタロシアニンを合成した。元素分析及び質量分析によりその合成を確認した。   Rhodium phthalocyanine was synthesized according to the reference (J. M. Keen, B. W. Malerbi, J. Inorg. Nucl. Chem. 27 (1965) 1311.). Its synthesis was confirmed by elemental analysis and mass spectrometry.

実施例1:ロジウムフタロシアニン担持カーボン触媒の調製
製造例1で得たロジウムフタロシアニンをジメチルホルムアミドに0.86 mMになるように溶解させた後、この溶液1.4 mLにジメチルホルムアミドを18.6 mL加えた後、カーボンブラック(比表面積250 m2/g、商標名:Vulcan XC 72R、Cabot社製)を30 mg加えた。容器を密閉した後、超音波洗浄器に1分掛けることにより分散性をよくした。このカーボンブラックを懸濁させたロジウムフタロシアニン溶液を、マグネティックスターラーで30分攪拌した後、ジメチルホルムアミドをロータリーエバポレーターで除去した。その後、残ったカーボンブラックを回収してロジウムフタロシアニン担持カーボン触媒を得た。
Example 1: Preparation of rhodium phthalocyanine-supported carbon catalyst The rhodium phthalocyanine obtained in Production Example 1 was dissolved in dimethylformamide to 0.86 mM, and 18.6 mL of dimethylformamide was added to 1.4 mL of this solution. 30 mg of (specific surface area 250 m 2 / g, trade name: Vulcan XC 72R, manufactured by Cabot) was added. After sealing the container, dispersibility was improved by placing it in an ultrasonic cleaner for 1 minute. The rhodium phthalocyanine solution in which the carbon black was suspended was stirred with a magnetic stirrer for 30 minutes, and then dimethylformamide was removed with a rotary evaporator. Thereafter, the remaining carbon black was recovered to obtain a rhodium phthalocyanine-supported carbon catalyst.

ロジウムフタロシアニン担持カーボン触媒の電気化学的一酸化炭素酸化活性の評価
上記した方法で得たロジウムフタロシアニン担持カーボン触媒5 mgを0.5 mLの混合溶媒(水:エタノール = 1: 1)に懸濁させた後、5μL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(表面積0.0707 cm2)の上に2μLのせて乾燥させ、ロジウムフタロシアニン担持カーボン修飾電極を得た。
Evaluation of electrochemical carbon monoxide oxidation activity of rhodium phthalocyanine-supported carbon catalyst After suspending 5 mg of rhodium phthalocyanine-supported carbon catalyst obtained in the above method in 0.5 mL of a mixed solvent (water: ethanol = 1: 1) 5 μL of 5% Nafion solution (Aldrich) was added. The 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 (surface area 0.0707 cm 2 ) and dried to obtain a rhodium phthalocyanine-supported carbon-modified electrode.

触媒の一酸化炭素酸化活性評価はビー・エー・エス(株)製のポテンショスタット(ALS model 711B)を用いて行った。回転数の制御はビー・エー・エス(株)製の回転数制御装置(BAS RDE-1)を用いて行った。ロジウムフタロシアニン担持カーボン修飾電極を作用電極とし、白金電極を対極、銀−塩化銀電極(Ag|AgCl|KCl(sat.))を参照電極として用いた。電解液としては0.1 M H2SO4を用いた。測定は25℃で行った。 The carbon monoxide oxidation activity of the catalyst was evaluated using a potentiostat (ALS model 711B) manufactured by BAS. The rotational speed was controlled using a rotational speed control device (BAS RDE-1) manufactured by BAS Co., Ltd. A rhodium phthalocyanine-supported carbon modified electrode was used as a working electrode, a platinum electrode as a counter electrode, and a silver-silver chloride electrode (Ag | AgCl | KCl (sat.)) As a reference electrode. As the electrolyte, 0.1 MH 2 SO 4 was used. The measurement was performed at 25 ° C.

まず、アルゴンガスを電解セル中に10分間吹き込んだ後、サイクリックボルタモグラムを測定した。このボルタモグラムを図2の「ベースライン」として示す。次に、一酸化炭素ガスを電解セル中に7分間吹き込んだ後、上記ロジウムフタロシアニン担持カーボン修飾電極を6400 rpmで回転させながらリニアスイープボルタモグラム(LSV)を測定した。このLSVを図2の「実施例1」として示す。ベースラインに比べると酸化電流の上昇が観測され、COがロジウムフタロシアニン錯体の触媒作用で電気化学的に酸化されていることがわかる。   First, argon gas was blown into the electrolytic cell for 10 minutes, and then a cyclic voltammogram was measured. This voltammogram is shown as “baseline” in FIG. Next, after carbon monoxide gas was blown into the electrolytic cell for 7 minutes, a linear sweep voltammogram (LSV) was measured while rotating the rhodium phthalocyanine-supported carbon-modified electrode at 6400 rpm. This LSV is shown as “Example 1” in FIG. An increase in oxidation current is observed compared to the baseline, indicating that CO is electrochemically oxidized by the catalytic action of the rhodium phthalocyanine complex.

ロジウムフタロシアニン担持カーボン触媒による一酸化炭素の定量
一酸化炭素のリアルタイム定量は定電位アンペロメトリー法により行った。上記した方法で得たロジウムフタロシアニン担持カーボン修飾電極を作用電極とし、白金電極を対極、銀−塩化銀電極(Ag|AgCl|KCl(sat.))を参照電極として用いた。電解液としては0.1 M H2SO4を用いた。測定は25℃で行った。
Determination of carbon monoxide with rhodium phthalocyanine-supported carbon catalyst Real-time determination of carbon monoxide was performed by the potentiostatic amperometry method. The rhodium phthalocyanine-supported carbon-modified electrode obtained by the above method was used as a working electrode, a platinum electrode as a counter electrode, and a silver-silver chloride electrode (Ag | AgCl | KCl (sat.)) As a reference electrode. As the electrolyte, 0.1 MH 2 SO 4 was used. The measurement was performed at 25 ° C.

まず、アルゴンガスを電解セル中に10分間吹き込んだ後、−0.3 V〜0.6 Vの範囲でサイクリックボルタモグラムの測定を行った。その後、一定電位(0.45 V)を保持し電極を3600 rpmで回転した条件において、定電位アンペロメトリーを行った。過渡電流が安定化するまで100秒電位保持した後の電位−時間曲線を図3に示す。図3において200秒後にガスをアルゴンから水素ガスに切り替えた。すると、わずかな水素酸化電流が観測された。さらに800秒後にガスを水素ガスから2%COを含む水素ガスに切り替えるとさらに電流が上昇した。この結果から、水素ガス中のCOが選択的に定量できることがわかった。   First, argon gas was blown into the electrolytic cell for 10 minutes, and then cyclic voltammograms were measured in the range of −0.3 V to 0.6 V. Thereafter, constant potential amperometry was performed under the condition that the electrode was rotated at 3600 rpm while maintaining a constant potential (0.45 V). FIG. 3 shows a potential-time curve after holding the potential for 100 seconds until the transient current is stabilized. In FIG. 3, the gas was switched from argon to hydrogen gas after 200 seconds. A slight hydrogen oxidation current was observed. When the gas was switched from hydrogen gas to hydrogen gas containing 2% CO after 800 seconds, the current further increased. From this result, it was found that CO in hydrogen gas can be selectively quantified.

次に、アンペロメトリーの電位を0.55 V又は0.65 Vに変えた実験も同様に行った。その結果を図3に示す。ガスが水素時の電流値とガスがCOを含む水素時の電流値の比較から、試した電位ではCOの感度、水素に対する選択性に優れる0.55 Vが好適であることがわかった。   Next, an experiment in which the amperometric potential was changed to 0.55 V or 0.65 V was performed in the same manner. The result is shown in FIG. From the comparison of the current value when the gas is hydrogen and the current value when the gas is hydrogen containing CO, it was found that 0.55 V, which is excellent in sensitivity of CO and selectivity for hydrogen, is suitable at the tested potential.

比較例1:ロジウムポルフィン担持カーボン触媒の作製
ロジウムポルフィンをジクロロメタンに0.31 mMになるように溶解させた後、この溶液2.9 mLにジクロロメタンを17 mL加えたのち、カーボンブラック(比表面積250 m2/g、商標名:Vulcan XC 72R、Cabot社製)を30 mg加えた。容器を密閉した後、超音波洗浄器に1分掛けることにより分散性をよくした。このカーボンブラックを懸濁させたロジウムポルフィン溶液を、マグネティックスターラーで30分攪拌したのち、ジクロロメタンをロータリーエバポレーターで除去した。その後、残ったカーボンブラックを回収してロジウムポルフィン担持カーボン触媒を得た。
Comparative Example 1: Preparation of rhodium porphine-supported carbon catalyst Rhodium porphine was dissolved in dichloromethane to a concentration of 0.31 mM, and then 17 mL of dichloromethane was added to 2.9 mL of this solution, followed by carbon black (specific surface area 250 m 2 / g (Trade name: Vulcan XC 72R, manufactured by Cabot) was added in an amount of 30 mg. After sealing the container, dispersibility was improved by placing it in an ultrasonic cleaner for 1 minute. The rhodium porphine solution in which the carbon black was suspended was stirred with a magnetic stirrer for 30 minutes, and then dichloromethane was removed with a rotary evaporator. Thereafter, the remaining carbon black was recovered to obtain a rhodium porphine-supported carbon catalyst.

ロジウムフタロシアニン担持カーボン触媒又はロジウムポルフィリン担持カーボン触媒からの溶出試験
有効成分(ロジウムフタロシアニン)が電解液中に溶出するかどうかの検証は以下に示す方法で行った。実施例1のロジウムフタロシアニン担持カーボン(有効成分担持量モル0.04 mmol/g, 5 mg)を水とメタノールの混合溶媒(体積比1:1, 10 mL)に懸濁した。超音波分散機で1分間処理した。この懸濁液を20分間放置後、濾過して、濾液の紫外−可視分光スペクトルを測定した。結果を図4に実施例1として示す。濾液にはロジウムフタロシアニンに由来する吸収は全く観測されず、ロジウムフタロシアニンはこの条件での極性溶媒への溶出は認められなかった。
Whether or not the active ingredient (rhodium phthalocyanine) from the rhodium phthalocyanine-carrying carbon catalyst or rhodium porphyrin-carrying carbon catalyst is eluted in the electrolytic solution was verified by the following method. The rhodium phthalocyanine-carrying carbon of Example 1 (active ingredient loading mol 0.04 mmol / g, 5 mg) was suspended in a mixed solvent of water and methanol (volume ratio 1: 1, 10 mL). Treated with an ultrasonic disperser for 1 minute. The suspension was allowed to stand for 20 minutes and then filtered, and the ultraviolet-visible spectrum of the filtrate was measured. The results are shown as Example 1 in FIG. No absorption derived from rhodium phthalocyanine was observed in the filtrate, and rhodium phthalocyanine was not eluted into the polar solvent under these conditions.

一方で比較例として、比較例1のロジウムポルフィン担持カーボンからの有効成分(ロジウムポルフィン)の溶出を同様に検討した。同様の方法でロジウムポルフィン担持カーボン(有効成分担持量モル0.03 mmol/g, 5 mg)を水とメタノールの混合溶媒(体積比1:1, 10 mL)に懸濁し溶出試験を行った。濾液の紫外−可視分光スペクトルを図4に比較例1として示す。この場合、ロジウムポルフィンに由来する吸収が明確に観測された。この吸収スペクトルから溶出したロジウムポルフィンの量は22.3 nmolであった。触媒5 mg中のロジウムポルフィン量は0.15 mmolなので、担持量の15%が溶出することが明らかになった。ロジウムフタロシアニンに比べてロジウムポルフィンは有効成分担持量が少ないにもかかわらず、このような溶出が認められた。   On the other hand, as a comparative example, the elution of the active ingredient (rhodium porphine) from the rhodium porphine-carrying carbon of Comparative Example 1 was similarly examined. In the same manner, rhodium porphine-supported carbon (active ingredient supported amount: 0.03 mmol / g, 5 mg) was suspended in a mixed solvent of water and methanol (volume ratio 1: 1, 10 mL) and an elution test was performed. The ultraviolet-visible spectrum of the filtrate is shown as Comparative Example 1 in FIG. In this case, absorption derived from rhodium porphine was clearly observed. The amount of rhodium porphine eluted from this absorption spectrum was 22.3 nmol. Since the amount of rhodium porphine in 5 mg of the catalyst was 0.15 mmol, it was revealed that 15% of the supported amount was eluted. Although rhodium porphine has a smaller amount of active ingredient supported than rhodium phthalocyanine, such elution was observed.

以上の結果から、本発明で使用するロジウムフタロシアニン担持カーボン触媒は、従来から使用されるロジウムポルフィリン担持カーボン触媒と比較し、プロトンを含む極性溶媒に対する溶解性を著しく低減することができるため、一酸化炭素の酸化反応前、反応中及び反応後のいずれにおいても電解液中に溶出しにくく、長期安定性に優れることが理解できる。   From the above results, the rhodium phthalocyanine-supported carbon catalyst used in the present invention can remarkably reduce the solubility in polar solvents containing protons compared to the conventionally used rhodium porphyrin-supported carbon catalyst. It can be understood that it is difficult to elute in the electrolyte solution before, during and after the carbon oxidation reaction, and is excellent in long-term stability.

Claims (8)

ロジウムフタロシアニン錯体を有効成分とする一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒であって、
前記ロジウムフタロシアニン錯体が、一般式(1):
Figure 0006590405
[式中、R 1 〜R 16 は同一又は異なって、水素原子、ハロゲン原子、置換されていてもよいアルキル基、置換されていてもよいアルコキシ基、置換されていてもよいアリール基、置換されていてもよいアシル基、置換されていてもよいアルケニル基、又はアミノ基を示す。Xはハロゲン原子を示す。点線は配位結合を示す。]
で表されるロジウムフタロシアニン錯体である、一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒
A catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide containing a rhodium phthalocyanine complex as an active ingredient ,
The rhodium phthalocyanine complex has the general formula (1):
Figure 0006590405
[Wherein, R 1 to R 16 are the same or different and each represents a hydrogen atom, a halogen atom, an optionally substituted alkyl group, an optionally substituted alkoxy group, an optionally substituted aryl group, or a substituted group. And an optionally substituted acyl group, an optionally substituted alkenyl group, or an amino group. X represents a halogen atom. A dotted line shows a coordination bond. ]
A catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide, which is a rhodium phthalocyanine complex represented by the formula:
前記一般式(1)において、R1〜R16がいずれも水素原子である、請求項1に記載の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒。 The catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide according to claim 1, wherein in the general formula (1), R 1 to R 16 are all hydrogen atoms. 前記ロジウムフタロシアニン錯体が導電性担体に担持されている、請求項1又は2に記載の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒。 The catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide according to claim 1 or 2 , wherein the rhodium phthalocyanine complex is supported on a conductive carrier. 前記導電性担体がカーボンブラックである、請求項に記載の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒。 The catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide according to claim 3 , wherein the conductive support is carbon black. 請求項1〜のいずれか一項に記載の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒、及びアノード触媒物質を含む、固体高分子形燃料電池用アノード極。 An anode for a polymer electrolyte fuel cell, comprising the catalyst for electrochemical oxidation of carbon monoxide according to any one of claims 1 to 4 , and an anode catalyst material. 請求項に記載のアノード極を構成要素として含む、一酸化炭素を燃料とする固体高分子形燃料電池。 A polymer electrolyte fuel cell using carbon monoxide as a fuel, comprising the anode electrode according to claim 5 as a constituent element. 請求項1〜のいずれか一項に記載の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒を、一酸化炭素検出部における一酸化炭素の酸化用触媒成分として含む、一酸化炭素センサ。 A carbon monoxide sensor comprising the carbon monoxide electrochemical oxidation catalyst according to any one of claims 1 to 4 as a catalyst component for carbon monoxide oxidation in a carbon monoxide detector. 電解液、作用極、対極及び電源装置を含む、固体高分子形燃料電池用アノードガス中の一酸化炭素酸化除去装置において、作用極における一酸化炭素の酸化用触媒として、請求項1〜のいずれか一項に記載の一酸化炭素の電気化学的酸化用触媒を含む、アノードガス中の一酸化炭素酸化除去装置。 Electrolyte, a working electrode, including a counter electrode and a power supply, the carbon monoxide oxidizing apparatus for removing solid polymer fuel anode gas for a battery, as a catalyst for the oxidation of carbon monoxide at the working electrode, as claimed in claim 1-4 The carbon monoxide oxidation removal apparatus in anode gas containing the catalyst for electrochemical oxidation of the carbon monoxide as described in any one of Claims.
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