JP7466182B2 - 電極とこの電極を用いた過酸化水素の製造方法 - Google Patents
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Description
導電性炭素材料(ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社、ケッチェンブラックEC600JD)100mgと、水溶性の硝酸ニッケル5mgを、水20mLに混合、分散し、1時間攪拌した後、1時間超音波処理した。これをろ過した後、100℃で20時間乾燥させ、10分間粉砕処理して、導電性炭素材料とニッケル塩の複合体を作製した。なお、複合体中の導電性炭素粒子の質量に対する硝酸ニッケル塩の質量の割合、すなわち複合体中の硝酸ニッケルの含有量は5質量%であった。この複合体3mgと、フッ素系高分子分散液(シグマアルドリッチ社、5質量%ナフィオン分散液)6mgを、エタノール200μLに分散させて複合体分散液を得た。
表1に示す硝酸ニッケルの含有量を変更した点を除き、実施例1と同様にして実施例2~実施例4のカソード電極を作製した。カーボンペーパー基材上のニッケルの保持量をXRFから見積もった。その結果、実施例2では2.6μg/cm2、実施例4では24.5μg/cm2であった。硝酸ニッケルの含有量におおむね比例してカーボンペーパー基材上にニッケル塩が保持されていた。また、実施例1と同様にして、実施例2~実施例4のカソード電極を用いて過酸化水素を製造した。過酸化水素生成時の電流効率と電流密度を表1に示す。
硝酸ニッケルを含まない点を除き、実施例1と同様にして比較例1のカソード電極を作製した。また、実施例1と同様にして、比較例1のカソード電極を用いて過酸化水素を製造した。過酸化水素生成時の電流効率と電流密度を表1に示す。
表2に示すニッケル塩を用いた点を除き、実施例2と同様にして実施例5~実施例10のカソード電極を作製した。また、実施例1と同様にして、実施例5~実施例10のカソード電極を用いて過酸化水素を製造した。過酸化水素生成時の電流効率と電流密度を表2に示す。
2.0M炭酸水素カリウム水溶液に実施例2で得られた複合体を浸漬し、水で洗浄した。その後、実施例2と同様にして、この複合体を用いてカソード電極を作製した。また、実施例1と同様にして、このカソード電極を用いて過酸化水素を製造した。過酸化水素生成時の電流効率と電流密度を表2に示す。
特許文献7に開示されている硝酸酸化処理を行った導電性炭素材料を用いた点を除き、実施例2と同様にしてカソード電極を作製した。また、実施例1と同様にして、このカソード電極を用いて過酸化水素を製造した。過酸化水素生成時の電流効率と電流密度を表2に示す。
実施例2で得られた複合体を水で洗浄した。その後、実施例1と同様にして、この複合体を用いてカソード電極を作製した。また、実施例1と同様にして、このカソード電極を用いて過酸化水素を製造した。過酸化水素生成時の電流効率と電流密度を表2に示す。
12 電解槽
14 アノード電極
16 電極(カソード電極)
18 アノード電解液
20 カソード電解液
22 隔膜
24 アノード室
26 カソード室
31 導電性炭素粒子
32 ニッケル塩
33 バインダ
34 電極基材
Claims (9)
- 電解液中の酸素を還元して過酸化水素を製造するカソード用の電極であって、
電極基材と、前記電極基材に保持された導電性炭素粒子と、前記導電性炭素粒子に担持されたニッケル塩とを有し、
前記ニッケル塩が、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、酢酸ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、および炭酸ニッケルの一種以上であり、
前記導電性炭素粒子の物質量に対する前記ニッケル塩の物質量の割合が、0.33%以上6.6%以下である電極。 - 請求項1において、
前記導電性炭素粒子の物質量に対する前記ニッケル塩の物質量の割合が、0.33%以上3.3%以下である電極。 - 請求項2において、
前記導電性炭素粒子の物質量に対する前記ニッケル塩の物質量の割合が、0.33%以上0.66%以下である電極。 - 請求項1から3のいずれかにおいて、
前記ニッケル塩が水溶性である電極。 - 電解液中の酸素を還元して過酸化水素を製造するカソード用の電極の製造方法であって、
導電性炭素粒子と、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、酢酸ニッケル、酸化ニッケル、水酸化ニッケル、および炭酸ニッケルの一種以上であるニッケル塩を液体中で混合し、前記液体を除いた後に粉砕して、前記導電性炭素粒子と前記ニッケル塩を含有し、前記導電性炭素粒子の物質量に対する前記ニッケル塩の物質量の割合が、0.33%以上6.6%以下である複合体を得る混合粉砕工程と、
前記複合体の分散液を電極基材に塗布し、前記複合体を前記電極基材に保持して、前記電極基材に保持された前記導電性炭素粒子と、前記導電性炭素粒子に担持された前記ニッケル塩とを備える電極を得る塗布工程と、
を有する電極の製造方法。 - 請求項5において、
前記複合体中の前記ニッケル塩が、前記導電性炭素粒子に担持されている電極の製造方法。 - 請求項5または6において、
前記ニッケル塩が水溶性であり、
前記混合粉砕工程では、前記導電性炭素粒子と前記ニッケル塩を水中で混合し、
前記混合粉砕工程の後、前記複合体を炭酸塩の水溶液に浸漬する浸漬工程をさらに有する電極の製造方法。 - 請求項1から4のいずれかの電極または請求項5から7のいずれかの製造方法で製造された電極をカソード電極として、電解液中の酸素を還元する過酸化水素の製造方法。
- 請求項4の電極または請求項7の製造方法で製造された電極をカソード電極として、炭酸イオンを含有する電解液中の酸素を還元する過酸化水素の製造方法。
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