JP7342474B2 - 二酸化炭素還元反応用電極、およびそれを用いた二酸化炭素還元装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施形態に係る還元反応用電極の構成の一例を示す概略構成図である。図1の還元反応用電極10は、Ti基板12と、カーボン系材料と金属錯体とを含む還元触媒層16と、を有する。還元触媒層16は、接着層14によってTi基板12と接着されていてもよい。還元反応用電極10に電圧が印加されると、Ti基板12に生じた電荷が還元触媒層16に渡され、還元触媒層16における還元触媒反応、例えば、二酸化炭素(CO2)がギ酸(HCOOH)に還元される反応に利用される。
本発明の実施形態に係る反応デバイスは、上記還元反応用電極と、酸化反応用電極と、を組み合わせて構成される反応デバイスである。反応デバイスは、例えば、二酸化炭素還元装置とすることができ、その二酸化炭素還元装置と、太陽電池セルと、を組み合わせた人工光合成装置とすることもできる。
酸化反応用電極18は、酸化反応によって物質を酸化するために利用される電極である。酸化反応用電極18は、例えば、基板上に導電層が形成された基板とその上に形成された酸化触媒層とを含んで構成される。
(1)実施例1:Ti板(JIS H4600:2012 純チタン1種 TR270C)
(2)比較例1:Ti板/TiO2
実施例1のTi板を大気中430℃で30分間、熱処理して、表面にTiO2被膜(厚さ推定50nm)を形成したもの
(3)比較例2:ステンレス板(SUS304)
(4)比較例3:FTOガラス
各基板の表面10mm角範囲以外をシリコーンゴムで被覆した。これを作用極に用い、Pt対極、参照電極Hg/Hg2SO4を用いて電気化学反応特性を評価した。電解液には、0.4Mのリン酸バッファ水溶液(K2HPO4+KH2PO4)を用い、CO2ガスをバブリングにより供給した。
溶媒にマルチウォールカーボンナノチューブ(MWCNTs)を分散させたインクを用い、カーボンペーパー(CP)にディップ塗布、乾燥することによって、CP/MWCNTsシートを作製した。その後、カーボンペーパー(CP)にRu錯体ポリマー溶液を用いてRu錯体を担持させ、マルチウォールカーボンナノチューブ(MWCNTs)を含有させたCP/MWCNTs/RuCPシート(触媒を担持した導電性ポリマーを含んだシート)を作製した。このCP/MWCNTs/RuCPシートを、各基板上にカーボン系接着剤(導電性のグラファイトとポリマーを含む)を用いて接着し、還元反応用電極を作製した。基板の露出部分がないように、10mm角範囲以外をシリコーンゴムで被覆した。
15mm×20mmのTi板およびFTOガラスの長手方向の一端にそれぞれ導線をはんだ付けした。基板の中央10mm角部分に、実験2と同様のCP/MWCNTs/RuCPシートを、カーボン系接着剤(導電性のグラファイトとポリマーを含む)を用いて接着して、還元反応用電極を作製した。その他の部分は、基板が露出している。同じ形状の酸化反応用電極を、Ti板およびFTOガラスの10mm角部分にそれぞれIrOxコロイドを担持することにより作製した。両者を組み合わせて特性を評価した。比較のために、Ti板を用い、裏面、側面、および表面のTiが露出している部分をシリコーンゴムで被覆した電極も作製した。
・Ti基板は、H2生成過電圧が高いので、CO2還元反応のカソード基板に用いることができる。
・従来のFTO基板、Ti板/TiO2基板と同等以上の活性と耐久性が得られる。
・Ti基板が露出していても悪影響はほとんどない。
Claims (7)
- Ti基板と、
カーボン系材料と金属錯体とを含む還元触媒層と、
を有し、
前記Ti基板の一部が露出していることを特徴とする二酸化炭素還元反応用電極。 - 請求項1に記載の二酸化炭素還元反応用電極であって、
前記カーボン系材料は、炭素繊維を含むことを特徴とする二酸化炭素還元反応用電極。 - 請求項1または2に記載の二酸化炭素還元反応用電極であって、
前記還元触媒層は、さらにカーボンナノチューブを含むことを特徴とする二酸化炭素還元反応用電極。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の二酸化炭素還元反応用電極であって、
前記金属錯体は、ルテニウム錯体であることを特徴とする二酸化炭素還元反応用電極。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載の二酸化炭素還元反応用電極であって、
前記還元触媒層は、前記Ti基板にカーボン系接着剤を含む接着層によって接着されていることを特徴とする二酸化炭素還元反応用電極。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の二酸化炭素還元反応用電極と、
酸化反応用電極と、
を組み合わせて構成されることを特徴とする二酸化炭素還元装置。 - 請求項6に記載の二酸化炭素還元装置であって、
前記酸化反応用電極は、Ti基板を有することを特徴とする二酸化炭素還元装置。
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