JP6636885B2 - 還元触媒および還元反応装置 - Google Patents
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Description
例えば、光化学反応装置として、H2Oを酸化して酸素(O2)を生成する酸化反応用電極と、CO2を還元して炭素化合物を生成する還元反応用電極とを備えるものが知られている。このような装置において、酸化反応用電極は光触媒の表面にH2Oを酸化する酸化触媒を具備し、光エネルギーによって電位を得る。還元反応用電極は光触媒の表面にCO2を還元する還元触媒を具備し、酸化反応用電極と電線で接続される。還元反応用電極は、酸化反応用電極からCO2の還元電位を得ることで、CO2を還元して還元された生成物を生成することができる。このように、可視光を用いて光触媒でCO2の還元を行うために必要な電位を得るために、植物を模倣したZスキーム型の人工光合成システムを用いることが検討されている。
前記電解液に低分子炭素化合物を導入し、導入された前記低分子炭素化合物を前記電極によって還元する工程と、
を含むものである。
酸化電極と、
前記還元触媒を具備する還元電極と、
前記酸化電極および前記還元電極に接続された電源素子と、
を具備することを特徴とするものである。
第1の本実施形態に係る還元触媒について図を用いて説明すると以下の通りである。
第1の実施形態に係る還元触媒は、導電層102と、その表面に有機層104とを具備するものである。ここで導電層102は集電体101によって支持されていてもよい。そして、有機層104は、導電層102上に存在する有機修飾基103で構成されている。
金属微粒子は、ナノ微粒子であると高い触媒活性効率を有する。このため、金属微粒子の平均粒径は、例えば300nm以下であることが好ましい。これは、金属微粒子の平均粒径が300nmを超えると、金属微粒子の活性効率が著しく低下してしまうためである。また、金属微粒子の平均粒径は、1nm以上150nm以下であることがより好ましい。この上限は、上記活性効率を考慮したものである。一方、下限は、微粒子製造プロセスの困難性を考慮したものである。
Rのうち少なくとも一つはヘテロ炭化水素基であって、前記有機修飾基は前記ヘテロ炭化水素基に含まれるヘテロ原子を介して前記導電層と結合し得る基を有している。)
で表される構造を含むことが好ましい。ここでヘテロ基とは、イオウ、窒素、または酸素などのヘテロ原子を含む基であり、メルカプトアルキル基などのヘテロ炭化水素基や、チオール基などの炭素を含まないヘテロ原子含有基を包含するものである。
R’のうち少なくとも一つは−CH2−S−または−CH2−S=S−であって、前記有機修飾基は前記−CH2−S−または−CH2−S=S−を介して前記導電体と結合し得る)
で表される構造のいずれかの構造を含む有機修飾基を含むものが好ましい。
5,5’−ビス(メルカプトメチル)−2,2’−ビピリジン、
4,5’−ビス(メルカプトメチル)−2,2’−ビピリジン
3,5’−ビス(メルカプトメチル)−2,2’−ビピリジン
5−(メルカプトメチル)−5’−(メルカプトエチル)−2,2’−ビピリジン
5−(メルカプトメチル)−4’−(メルカプトエチル)−2,2’−ビピリジン
4−(メルカプトメチル),5’−(メルカプトエチル)−2,2’−ビピリジン
5,5’−ビス(メルカプトエチル)−2,2’−ビピリジン
て5,5’−ビス(メルカプトプロピル)−2,2’−ビピリジン
5−(メルカプトメチル)−5’−(メルカプトプロピル)−2,2’−ビピリジン
5−(メルカプトプロピル)−5’−(メルカプトエチル)−2,2’−ビピリジン
5,5’−ビス(メルカプトメチル)−2,2’−ビピリジン
3,8’−ビス(メルカプトメチル)−1,10’−フェナントロリン
3,8’−ビス(メルカプトメチル)−5,6−ジヒドロ−1,10’−フェナントロリン
2,5’−ビス(メルカプトメチル)−5−メチル−5H−シクロペンタ[2,1−b:3,4−b’]ジピリジン
1,2−ビス((3−メルカプトメチル)−2−ピリジル)1−メチル−エタン
4,4’−ビス(メルカプトメチル)−2,2’−ビピリジン
3,8’−ビス(メルカプトメチル)−1,10’−フェナントロリン
3,8’−ビス(メルカプトメチル)−5,6−ジヒドロ−1,10’−フェナントロリン
2,5’−ビス(メルカプトメチル)−5−メチル−5H−シクロペンタ[2,1−b:3,4−b’]ジピリジン
1,2−ビス((3−メルカプトメチル)−2ピリジル)1−メチル−エタン
3−メルカプトメチルピリジン
3−メルカプトピリジン
4−メルカプトメチルピリジン
4−メルカプトピリジン
1−(2−メルカプトエチル)−3−(2−アミノエチル)−イミダゾリウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−3−(3−アミノプロピル)−イミダゾリウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−3−(4−アミノブチル)−イミダゾリウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−3−(5−アミノペンチル)−イミダゾリウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−3−(6−アミノヘキシル)−イミダゾリウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−3−(8−アミノオクチル)−イミダゾリウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−3−(9−アミノノニル)−イミダゾリウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−3−(10−アミノデシル)−イミダゾリウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−3−(11−アミノウンデシル)−イミダゾリウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−3−(12−アミノドデシル)−イミダゾリウムブロミド、
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1−(2−メルカプトエチル)−1−アミノメチルピロリジニウムブロミド、1−(3−メルカプトプロピル)−1−アミノメチルピロリジニウムブロミド、1−(4−メルカプトブチル)−1−アミノメチルピロリジニウムブロミド、1−(5−メルカプトペンチル)−1−アミノメチルピロリジニウムブロミド、1−(6−メルカプトへキシル)−1−アミノメチルピロリジニウムブロミド、1−(8−メルカプトオクチル)−1−アミノメチルピロリジニウムブロミド、1−(9−メルカプトノニル)−1−アミノメチルピロリジニウムブロミド、1−(10−メルカプトデシル)−1−アミノメチルピロリジニウムブロミド、1−(11−メルカプトウンデシル)−1−アミノメチルピロリジニウムブロミド、1−(12−メルカプトドデシル)−1−アミノメチルピロリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(2−アミノエチル)−ピロリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(3−アミノプロピル)−ピロリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(4−アミノブチル)−ピロリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(6−アミノヘキシル)−ピロリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(8−アミノオクチル)−ピロリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(9−アミノノニル)−ピロリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(10−アミノデシル)−ピロリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(11−アミノウンデシル)−ピロリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(12−アミノドデシル)−ピロリジニウムブロミド、
1−(2−メルカプトエチル)−1−アミノメチルピペリジニウムブロミド、1−(3−メルカプトプロピル)−1−アミノメチルピペリジニウムブロミド、1−(4−メルカプトブチル)−1−アミノメチルピペリジニウムブロミド、1−(5−メルカプトペンチル)−1−アミノメチルピペリジニウムブロミド、1−(6−メルカプトへキシル)−1−アミノメチルピペリジニウムブロミド、1−(8−メルカプトオクチル)−1−アミノメチルピペリジニウムブロミド、1−(9−メルカプトノニル)−1−アミノメチルピペリジニウムブロミド、1−(10−メルカプトデシル)−1−アミノメチルピペリジニウムブロミド、1−(11−メルカプトウンデシル)−1−アミノメチルピペリジニウムブロミド、1−(12−メルカプトドデシル)−1−アミノメチルピペリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(2−アミノエチル)−ピペリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(3−アミノプロピル)−ピペリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(4−アミノブチル)−ピペリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(6−アミノヘキシル)−ピペリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(8−アミノオクチル)−ピペリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(9−アミノノニル)−ピペリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(10−アミノデシル)−ピペリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(11−アミノウンデシル)−ピペリジニウムブロミド、1−(2−メルカプトエチル)−1−(12−アミノドデシル)−ピペリジニウムブロミド、
1−メルカプトエチル−2−(N−アミノメチル−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトプロピル−3−(N−アミノメチル−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトブチル−4−(N−アミノメチル−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトペンチル−5−(N−アミノメチル−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトヘキシル−6−(N−アミノメチル−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトオクチル−8−(N−アミノメチル−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトノニル−9−(N−アミノメチル−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトデシル−10−(N−アミノメチル−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトウンデシル−11−(N−アミノメチル−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトドデシル−12−(N−アミノメチル−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトエチル−2−(N−(2−アミノエチル)−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトエチル−2−(N−(3−アミノプロピル)−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトエチル−2−(N−(4−アミノブチル)−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトエチル−2−(N−(5−アミノペンチル)−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトエチル−2−(N−(6−アミノヘキシル)−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトエチル−2−(N−(8−アミノオクチル)−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトエチル−2−(N−(8−アミノオクチル)−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトエチル−2−(N−(9−アミノノニル)−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトエチル−2−(N−(10−アミノデカン)−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトエチル−2−(N−(11−アミノウンデカン)−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトエチル−2−(N−(12−アミノドデカン)−N,N−ジメチルアンモニウム)ブロミド、1−メルカプトエチル−2−(N−アミノメチル−N,N−メチルエチルアンモニウム)ブロミド、5,5’−ビス(メルカプトメチル)−2,2’−ビピリジン、3−メルカプトピリジン、4−メルカプトピリジン
等を用いることもできる。
このような第2の実施形態による還元触媒は、例えば以下の方法で製造することができる。
集電体101の表面(導電層102)にスペーサー層106を形成する方法の一例を、以下により詳細に説明する。
有機分子が溶解されたエタノール溶液が用意され、導電層102が形成された集電体101が数分から数時間浸漬される。これにより、集電体101の表面上にスペーサー層106が形成される。有機分子の濃度、浸漬時間、および浸漬温度等の条件は、単分子層の形成状態に影響するため、有機分子の構造等に応じて適宜変更してもよい。
例えば、電気化学的な方法として、サイクリックボルタンメトリ法により評価することができる。より具体的には、1mMのヘキサシアノ鉄(III)カリウム(K3[Fe(CN)6])または1mMのヘキサアンミンルテニウム(III)クロライド([Ru(NH3)6]Cl3)が溶解された0.2M塩化カリウム(KCl)水溶液中において、スペーサー層106を吸着する工程の前後の集電体101の電気化学的な応答を測定し比較する。これにより、スペーサー層106の形成によってヘキサシアノ鉄(III)アニオンおよびヘキサアンミンルテニウム(III)カチオンの電気化学的な酸化還元反応による反応電流の減少を観測することができる。これは、集電体101上にスペーサー層106が形成されたことでヘキサシアノ鉄(III)アニオンおよびヘキサアンミンルテニウム(III)カチオンの酸化還元反応が阻害されたことによるものである。これにより、スペーサー層106の形成を間接的に確認できる。
例えば、電気化学的な方法として、サイクリックボルタンメトリ法により評価することができる。より具体的には、1mMのヘキサシアノ鉄(III)カリウム(K3[Fe(CN)6])または1mMのヘキサアンミンルテニウム(III)クロライド([Ru(NH3)6]Cl3)が溶解された0.2M塩化カリウム(KCl)水溶液中において、金属微粒子107を固定する工程の前後の集電体101の電気化学的な応答を測定し比較する。これにより、金属微粒子107の固定によってヘキサシアノ鉄(III)アニオンおよびヘキサアンミンルテニウム(III)カチオンの電気化学的な酸化還元反応による反応電流の増加を観測することができる。これは、スペーサー層106上に金属微粒子107が固定されたことでヘキサシアノ鉄(III)アニオンおよびヘキサアンミンルテニウム(III)カチオンの酸化還元反応が行われたことによるものである。これにより、金属微粒子107の固定を間接的に確認できる。
このようにして、金属微粒子107をさらに積層する場合、有機層表面に金属微粒子107を析出する工程と、有機層104を形成させる工程とを繰り返すことで、金属微粒子107の担持量を増やすことができる。
本実施形態では、集電体101の表面(導電層102)上にスペーサー層106を介して金属微粒子107が固定され、金属微粒子107の表面上に有機層104が形成される。そして、金属微粒子107において、CO2の還元反応が行われる。これにより、以下の効果を得ることができる。
以下に図3〜5を用いて、本実施形態に係る還元触媒を用いた光化学反応セルについて説明する。
また、多接合型太陽電池17の表面上、または光照射面側の電極層と触媒層との間(本例では、酸化電極層18と酸化触媒層19との間)に保護層を配置してもよい。保護層は、導電性を有するとともに、酸化還元反応において多接合型太陽電池17の腐食を防止する。その結果、多接合型太陽電池17の寿命を延ばすことができる。また、保護層は、必要に応じて光透過性を有する。保護層としては、例えばTiO2、ZrO2、Al2O3、SiO2、またはHfO2等の誘電体薄膜が挙げられる。また、その膜厚は、トンネル効果により導電性を得るため、好ましくは10nm以下、より好ましくは5nm以下である。
2H2O → 4H++O2+4e− ・・・(1)
2CO2+4H++4e− → 2CO+2H2O ・・・(2)
4OH− → O2+2H2O+4e− ・・・(3)
2CO2+2H2O+4e− → 2CO+4OH− ・・・(4)
以下に図6乃至図10を用いて、本実施形態に係る光化学反応セルを用いた光化学反応装置について説明する。
使用機種 PHI社製 Quantera−SXM
照射X線源 単結晶分光AlKα線
出力 50W
分析領域 φ200μm
Pass Energy
Wide Scan−280.0eV(1.0eV/Step)
Narrow Scan−69.0eV(0.125eV/Step)
検出角度 45°
帯電中和電子銃 Ar+,e−共に使用
スペーサー層106の分子の結合密度(分子密度)は、式(i)より概算した単位面積当たりのAu原子数に対し、半定量分析結果のAu原子数で規格化したS原子数(S/Au)から式(ii)を用いて算出した。
Au(atoms/cm2)=密度(g/cm3)×検出深さ(nm)×N/Mw ・・・(i)
分子密度(atoms/cm2)=Au(atoms/cm2)×S/Au(原子数比) ・・・(ii)
図8および図9は、本実施形態に係る光化学反応装置における変形例1および変形例2の構造を示す断面図である。なお、本実施形態に係る光化学反応装置の変形例において、主に上記構造と異なる点について説明する。
なお、図9において、開口部51内の一部にイオン交換膜43が形成されているが、開口部51内を埋め込むようにイオン交換膜43が形成されてもよい。
図2に示される構造の還元触媒を製造した。導電層102をAuからなる金属層とし、スペーサー層106および修飾有機分子104の前駆体化合物としてを5,5’−ビス(メルカプトメチル)−2,2’−ビピリジンを用い、金属微粒子107を平均粒子径3nmのAuとした。
まず、ステンレス基板(150mm×250mm、厚さ150μm)で構成される集電体101の表面に、スパッタ法により、導電層102が形成される。導電層102は、面方向に均一な膜厚を有し、その膜厚は100nmである。また、導電層102は、Auで構成される金属層である。
金属層を、表1に記載した材料により構成した以外は実施例1と同様に実施例2〜10の還元触媒を作製した。これらの例について、実施例1と同様に、CO2還元触媒のCO2還元性能を電気化学測定によって評価した。得られた結果は表1に示すとおりであった。
[実施例11〜22]
実施例11〜22におけるCO2還元触媒は、導電層102をAuとし、スペーサー層106、金属微粒子107を設けずに、導電層102に有機修飾基103を直接修飾した例である。有機層の材料として、表2に記載した材料を用いた。これらの例について、実施例1と同様にCO2還元触媒のCO2還元性能を電気化学測定によって評価した。得られた結果は表2に示すとおりであった。
比較例1におけるCO2還元触媒は、導電層102をAuとし、スペーサー層106、金属微粒子107、および有機修飾基103を形成しない例である。実施例1と同様に、比較例1におけるCO2還元触媒のCO2還元性能を電気化学測定によって評価した。
導電層を、表2に記載した材料により構成した以外は実施例1と同様に比較例2〜10の還元触媒を作製した。これらの例について、実施例1と同様にCO2還元触媒のCO2還元性能を電気化学測定によって評価した。得られた結果は表2に示すとおりであった。
実施例1におけるCO2還元触媒(CO2還元電極)のCO2還元性能を電気化学測定によって、以下のように評価した。
CO2吸収材およびCO2還元用電解液として、5%NaHCO3水溶液を選択した。5%NaHCO3水溶液に100%CO2ガスをバブリングし、溶液が吸収するCO2濃度が飽和に達するまでCO2を溶解させた。飽和濃度に達した判断は、5%NaHCO3水溶液に吸収させるCO2ガスの入口と出口の濃度を測定し、同じ濃度になった時点で飽和濃度とした。
金属層をAuにて構成し、スペーサ層および有機層の材料として5,5’−ビス(メルカプトメチル)−2,2’−ビピリジンを用い、金属微粒子として平均粒子径が3nmの粒子を用い、実施例23の還元触媒を作製した。なお、金属微粒子の平均粒子径は、粒度分布計(ゼーターサイザーナナノZS、マルバーン製)を用いて測定した。
スペーサー層が形成されていることの確認は、スペーサー層を形成する工程の前後の基板の電気化学的な応答を測定して比較する。より具体的には、Auが形成された基板を作用極とし、参照極をAg/AgCl電極、対極をPt電極とした三電極式セルを構築する。そして、1mMのヘキサアンミンルテニウム(III)クロライド([Ru(NH3)6]Cl3)が溶解された0.2M塩化カリウム(KCl)水溶液中において、電位範囲をAg/AgClに対して−0.5〜+0.1Vとし、走査速度100mV/secとして、ヘキサアンミンルテニウム(III)アニオンの酸化還元電流の応答を観測する。スペーサー層106の形成前はレドックス種の可逆的な酸化還元電流を観測するが、スペーサー層106の形成後は酸化還元反応を観測しない。ヘキサアンミンルテニウム(III)カチオンの電気化学的な酸化還元反応が消失したことは、スペーサー層の形成に基づく遮蔽効果によるものだと考えられる。
実施例24〜38におけるCO2還元触媒は、スペーサー層および有機層の材料として表3に記載したものとした以外は、実施例23と同様に行い、実施例23におけるCO2還元性能を電気化学測定手法と同様に評価した。
実施例23〜38はいずれも高いCO2還元性能を示し、エチレングリコールを高い選択性で生成した。これは有機修飾基がCO2還元反応を促進し、エチレングリコール生成の選択性に寄与しているためである。
スペーサー層および有機層の材料として5,5’−ビス(メルカプトメチル)−2,2’−ビピリジンを用いた以外は実施例11と同様に還元触媒を作製した。この電極を用いて、CO2吸収剤およびCO2還元用電解液として5%NaHCO3水溶液を用いて上述した手法によりCO2還元性能を評価した。
電解液としてトリエタノールアミン水溶液(50wt%水溶液、CO2飽和吸収液)を用いた以外は実施例39と同様に還元触媒を作製し上述した手法によりCO2還元性能を評価した。
電解液として90%1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート水溶液(EMIBF4、CO2飽和吸収液)を用いた以外は実施例39と同様に還元触媒を作製し上述した手法によりCO2還元性能を評価した。
比較例1と同様にスペーサー有機分子、金属微粒子、修飾有機分子を有さない触媒を作製した。この触媒を用い、電解液としてトリエタノールアミン水溶液(50wt%水溶液、CO2飽和吸収液)を用いた以外は実施例39と同様に還元触媒を作製し上述した手法によりCO2還元性能を評価した。
比較例1と同様にスペーサー有機分子、金属微粒子、修飾有機分子を有さない触媒を作製した。この触媒を用い、電解液として90%1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート水溶液(EMIBF4、CO2飽和吸収液)を用いた以外は実施例39と同様に還元触媒を作製し上述した手法によりCO2還元性能を評価した。
多接合太陽電池の基盤を集電体として用い、スペーサー有機分子および修飾有機分子として5,5’−ビス(メルカプトメチル)−2,2’−ビピリジニウムブロミドを用い、実施例23と同様に、CO2還元触媒を作製した。
次に、酸化ニッケルのナノ粒子をアルコール水溶液に分散し、スプレー塗布法により多接合型太陽電池の酸化電極層18に酸化触媒層19を形成した。このようにしてできた光化学セルを150mm×250mmの大きさに切りだした。
多接合太陽電池の基盤を集電体として用い、スペーサー層および有機層、金属微粒子、のいずれも有しない還元触媒を作製した。
次に、酸化ニッケルのナノ粒子をアルコール水溶液に分散し、スプレー塗布法により多接合型太陽電池の酸化電極層18に酸化触媒層19を形成した。このようにしてできた光化学セルを150mm×250mmの大きさに切りだした。
実施例42と比較例13の光化学反応セルを光化学反応装置に組み込んでCO2還元効率を評価した。なお、酸化側電解液には0.5M水酸化カリウム(KOH)水溶液、還元側電解液にはトリエタノールアミン水溶液(50wt%水溶液、CO2飽和吸収液)を用いた。また、イオン交換膜にはアニオン交換樹脂を用いた。酸化触媒層19側からソーラーシュミレータによるAM1.5(100mW/cm2)の光を照射し、還元側で発生するCOガスをガスクロマトグラフィーで定量分析する。これにより、エネルギー変換効率(照射された太陽エネルギーを分母に、生成された物質のもつギブス自由エネルギーを分子にして求めた効率)を算出した。エネルギー変換効率は下記式(5)によって算出した。
FE/SE×100 (5)
測定結果を表5に示す。
比較例13におけるCO2還元触媒を光化学反応装置に適用した場合、光化学反応装置におけるエネルギー変換効率は0.01%である。これに対して、実施例38におけるCO2還元触媒を光化学反応装置に適用した場合、エネルギー変換効率は0.04%であり、比較例13よりも高い効率を示した。実施例42におけるCO2還元触媒が、CO2還元反応に対して低いエネルギーで選択的にCO2還元の反応を進めることが可能であり、光エネルギーをもってしても有効であった。
Claims (10)
- 導電体と、前記導電体の表面に有機修飾基からなる有機層を備え、前記有機修飾基が、
下記一般式(A):
Rのうち少なくとも一つはヘテロ炭化水素基であって、前記有機修飾基は前記ヘテロ炭化水素基に含まれるヘテロ原子を介して前記導電体と結合し得る基を有している。)
で表される構造を含むことを特徴とする還元触媒。 - 前記ヘテロ原子がイオウ原子である、請求項1に記載の還元触媒。
- 下記一般式(A−1)〜(A−4):
R’のうち少なくとも一つは−CH2−S−または−CH2−S=S−であって、前記有機修飾基は前記−CH2−S−または−CH2−S=S−を介して前記導電体と結合し得る)
で表される構造のいずれかの構造を含む、請求項1または2に記載の還元触媒。 - 前記導電体が、Au、Ag、Cu、Pt、Pd、Zn、Fe、Ti、Sn、In、Hg、BiおよびNiからなる群から選択される金属を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の還元触媒。
- 前記導電体が、Ag2O、CuO、Ta2O5、TiO2、ZrO2、Al2O3、SiO2、ZnO、ITO、およびFTOからなる群から選択される酸化物を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の還元触媒。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の還元触媒を含む還元電極を、二酸化炭素、シュウ酸、グリオキシル酸、およびグリコールアルデヒドからなる群から選択される低分子炭素化合物を含む溶液に接触させ、前記低分子炭素化合物を前記電極によって還元する工程を含む、還元方法。
- 還元反応によって、エチレングリコールを生成させる、請求項6に記載の還元方法。
- 酸化電極と、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の還元触媒を具備する還元電極と、
前記酸化電極および前記還元電極に接続された電源素子と、
を具備することを特徴とする還元反応装置。 - 前記電源素子が、光エネルギーにより電荷分離する半導体層を具備する、請求項8に記載の還元反応装置。
- 前記半導体層が、前記酸化電極と前記還元電極との間に形成されている、請求項9に記載の還元反応装置。
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