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公開番号2024175239
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-18
出願番号2023092853
出願日2023-06-06
発明の名称多孔質金属部材
出願人三菱マテリアル株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C25B 11/031 20210101AFI20241211BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】十分な強度を有するとともに気体や液体に対する圧力損失が低く、CO₂還元を効率的に行うことが可能な多孔質金属部材を提供する。
【解決手段】金属材料からなり、多孔質構造をなす部材本体と、この部材本体の少なくとも一面側に形成されたAg触媒層と、を備えており、気孔率が73%以上95%以下の範囲内とされ、CO₂からCOを生成する際のファラデー効率が10%以上とされていることを特徴とする。前記Ag触媒層の厚さが100nm以上であることが好ましい。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
金属材料からなり、多孔質構造をなす部材本体と、この部材本体の少なくとも一面側に形成されたＡｇ触媒層と、を備えており、
気孔率が７３％以上９５％以下の範囲内とされ、
ＣＯ
２
からＣＯを生成する際のファラデー効率が１０％以上とされていることを特徴とする多孔質金属部材。
続きを表示（約 210 文字）【請求項２】
前記Ａｇ触媒層の厚さが１００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の多孔質金属部材。
【請求項３】
前記部材本体を構成する金属材料が、チタン、銅、ステンレス、銀のいずれかからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多孔質金属部材。
【請求項４】
圧力損失が１．０ｋＰａ未満であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の多孔質金属部材。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属骨格を有する多孔質金属部材に関するものであり、特にＣＯ
２
還元用の電極として適した多孔質金属部材に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
地球温暖化が加速する現在において、特に大気中のＣＯ
２
ガスなどのＧＨＧ削減が世界共通の課題である。
近年は、大気中の二酸化炭素を原料として、有用な化成品に利用するＣＣＵ（ＣａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅＣａｐｔｕｒｅ，Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）技術の開発が加速している。二酸化炭素は炭素の酸化数は＋４で最高酸化数状態であり、標準生成ギブスエネルギーが約４００ｋＪ／ｍｏｌと非常に安定な化合物である。二酸化炭素を有用な化成品に変換するためには、大量のエネルギーにより炭素を還元する必要がある。二酸化炭素をエネルギー効率よく還元できる技術の開発が求められている。
【０００３】
近年になり、高分子性のイオン交換膜から構成された電解セルを用いた共電解法が着目されている（例えば、特許文献１、２参照）。共電解法とは電気化学セル中において、アノードで酸化反応による電解、カソードで還元反応による電解を同時に行う技術である。例えば、アノードに水、カソードにＫＨＣＯ
３
水溶液やＣＯ
２
ガスを原料として用いることにより、Ｈ
２
Ｏの電解から生じたプロトンを用いて、ＣＯ
２
を還元することができる。触媒としてＡｇを用いた場合には、高ファラデー効率でＣＯ
２
からＣＯガスを得ることができる。
【０００４】
原料としてＣＯ
２
ガスを用いた場合には、イオン交換膜が乾燥によるイオン伝導率が低下する課題がある。一方、イオン交換膜の含水率を保つことを目的に、カソード原料にＫＨＣＯ
３
水溶液中を原料に用いる場合には、ＣＯ
２
ガスの拡散律速による反応速度の制限が課題となっている。またカソードには、ＣＯ
２
原料のほかにイオン交換膜や触媒表面の洗浄を目的とし、液体もしくは気体状のリンス剤を電解装置に供給することもある（例えば、特許文献３参照）。
このため、カソードには、ガス・液体を効率的に反応面まで供給することを目的とした多孔質形状の拡散層が必要である。加えて多孔質拡散層には反応面への電流を供給する役割も求められる。現在では、表面にＡｇ触媒を担持した厚み数百μｍ程度のカーボンペーパーが、多孔質形状の拡散層として用いられることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２２－０４９８６１号公報
特開２０２２－０４０８０３号公報
特開２０２２－１４１２３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、Ａｇ触媒を担持したカーボンペーパーにおいては、機械強度が弱いために、電解セル中でつぶれてしまうおそれがあった。また、気体や液体に対する圧力損失が高くなり、エネルギー効率が低下する課題があった。
【０００７】
本発明は、以上のような事情を背景とてなされたものであって、十分な強度を有するとともに気体や液体に対する圧力損失が低く、ＣＯ
２
還元を効率的に行うことが可能な多孔質金属部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の態様１の多孔質金属部材は、金属材料からなり、多孔質構造をなす部材本体と、この部材本体の少なくとも一面側に形成されたＡｇ触媒層と、を備えており、気孔率が７３％以上９５％以下の範囲内とされ、ＣＯ
２
からＣＯを生成する際のファラデー効率が１０％以上とされていることを特徴としている。
【０００９】
本発明の態様１の多孔質金属部材によれば、金属材料からなり、多孔質構造をなす部材本体を有しており、気孔率が７３％以上９５％以下の範囲内とされているので、気体および液体の圧力損失が低くなり、気体および液体を安定して流通することができる。また、強度を確保することができ、電極として安定して使用することができる。
そして、部材本体の少なくとも一面側に形成されたＡｇ触媒層が形成され、ＣＯ
２
からＣＯを生成する際のファラデー効率が１０％以上とされていることから、ＣＯ
２
還元用の電極として利用した際に、ＣＯ
２
還元を効率良く行うことが可能となる。
【００１０】
本発明の態様２の多孔質金属部材は、本発明の態様１の多孔質金属部材において、前記Ａｇ触媒層の厚さが１００ｎｍ以上であることを特徴としている。
本発明の態様２の多孔質金属部材によれば、Ａｇの触媒作用を確実に奏功せしめることができ、ＣＯ
２
還元を効率良く行うことが可能となる。また、長期間使用した場合であっても、Ａｇの触媒作用が劣化することを抑制でき、安定して使用することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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