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公開番号2025007109
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023108299
出願日2023-06-30
発明の名称酸素発生用電極触媒、アノード電極、および酸素発生用装置
出願人国立研究開発法人物質・材料研究機構
代理人
主分類C25B 11/093 20210101AFI20250109BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】酸素発生効率が高く、寿命も長く、コストの低い非貴金属電極触媒を提供することである。
【解決手段】銀および2以上の非貴金属金属元素を含んだ混合物の酸化物を含む酸素発生用電極触媒であって、銀は空間群Fm-3mの立方晶系かつナノ粒子状であり、非貴金属金属元素は全て前記非貴金属金属元素が取りうる最高価数状態の種を含む複数の価数状態を有し、電極触媒は酸素空孔を有する酸素発生用電極触媒とする。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
銀および２以上の非貴金属金属元素を含んだ混合物の酸化物を含む酸素発生用電極触媒であって、
前記銀は空間群Ｆｍ－３ｍの立方晶系かつナノ粒子状であり、
前記非貴金属金属元素は全て、前記非貴金属金属元素が取りうる最高価数状態の種を含む複数の価数状態を有し、
前記電極触媒は酸素空孔を有する、酸素発生用電極触媒。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
前記酸素空孔の比率は、４０％以上１００％未満である、請求項１記載の酸素発生用電極触媒。
前記酸素空孔の比率は、前記酸素発生用電極触媒をＸＰＳ測定して求めたＯ１sスペクトルを、５３０．１ｅＶの金属酸化物の格子酸素（Ｏ
Ｌ
）、５３１．８ｅＶの酸素空孔（Ｏ
Ｖ
）および５３３．７ｅＶの表面吸着酸素／層間水（Ｏ
Ｗ
）の３成分に分けてデコンボリューション解析した格子酸素（Ｏ
Ｌ
）の面積比率によって求められる。
【請求項３】
前記非貴金属金属元素は非単結晶である、請求項１または２記載の酸素発生用電極触媒。
【請求項４】
前記混合物の酸化物は、さらに、窒化物、硫化物、塩化物およびホウ素化物からなる群より選ばれる１以上からなる混合体を含む、請求項１から３の何れか一項に記載の酸素発生用電極触媒。
【請求項５】
前記非金属金属元素は一様に分布している、請求項１から４の何れか一項に記載の酸素発生用電極触媒。
【請求項６】
前記銀は一様に分布している、請求項１から５の何れか一項に記載の酸素発生用電極触媒。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載の酸素発生用電極触媒を使用したアノード電極。
【請求項８】
請求項７に記載のアノード電極が具備された酸素発生用装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素発生用電極触媒、アノード電極、および酸素発生用装置に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化などの地球環境問題の観点から化石燃料に代わるクリーンなエネルギー源として、グリーン水素が注目されている。グリーン水素は、製造時も使用時も二酸化炭素を排出しない地球環境にやさしいエネルギー源である。
【０００３】
グリーン水素は水の電気分解によるものなので、酸素発生用電極触媒がグリーン水素を生産するために必須になる。
酸素発生用電極触媒としては、現在、白金族元素である白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）あるいはイリジウム（Ｉｒ）などの貴金属が主に使用されており、例えば特許文献１に開示がある。しかしながら、これらの貴金属元素は高価で資源量が限られており、膨大なグリーン水素を供給するときのネックになっている。
このため、非貴金属からなり、酸素発生効率が高く寿命も長い低コストな酸素発生用電極触媒が嘱望されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１３－３７９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、酸素発生効率が高く、寿命も長く、その上でコストも低い非貴金属電極触媒を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
課題を解決するための本発明の構成を下記に示す。
【０００７】
（構成１）
銀および２以上の非貴金属金属元素を含んだ混合物の酸化物を含む酸素発生用電極触媒であって、
前記銀は空間群Ｆｍ－３ｍの立方晶系かつナノ粒子状であり、
前記非貴金属金属元素は全て、前記非貴金属金属元素が取りうる最高価数状態の種を含む複数の価数状態を有し、
前記電極触媒は酸素空孔を有する、酸素発生用電極触媒。
（構成２）
前記酸素空孔の比率は、４０％以上１００％未満である、構成１記載の酸素発生用電極触媒。
前記酸素空孔の比率は、前記酸素発生用電極触媒をＸＰＳ測定して求めたＯ１sスペクトルを、５３０．１ｅＶの金属酸化物の格子酸素（Ｏ
Ｌ
）、５３１．８ｅＶの酸素空孔（Ｏ
Ｖ
）および５３３．７ｅＶの表面吸着酸素／層間水（Ｏ
Ｗ
）の３成分に分けてデコンボリューション解析した格子酸素（Ｏ
Ｌ
）の面積比率によって求められる。
（構成３）
前記非貴金属金属元素は非単結晶である、構成１または２記載の酸素発生用電極触媒。
（構成４）
前記混合物の酸化物は、さらに、窒化物、硫化物、塩化物およびホウ素化物からなる群より選ばれる１以上からなる混合体を含む、構成１から３の何れか一項に記載の酸素発生用電極触媒。
（構成５）
前記非金属金属元素は一様に分布している、構成１から４の何れか一項に記載の酸素発生用電極触媒。
（構成６）
前記銀は一様に分布している、構成１から５の何れか一項に記載の酸素発生用電極触媒。
（構成７）
構成１から６の何れか一項に記載の酸素発生用電極触媒を使用したアノード電極。
（構成８）
構成７に記載のアノード電極が具備された酸素発生用装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、酸素発生効率が高く、寿命が長く、その上でコストも低い非貴金属電極触媒が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施例で作製した試料のＳＥＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。
実施例で作製した試料のＸＲＤ（Ｘ－ＲａｙＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）データである。
実施例で作製したＭｎＦｅＮｉＺｎ
０．５
ＡｇＯ
ｘ
試料の構造評価結果であり、（ａ）は低倍率ＨＲ－ＴＥＭ（Ｈｉｇｈ－ＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像、（ｂ）は高倍率ＨＲ－ＴＥＭ像、（ｃ）は円で示された領域の電子線回折像、（ｄ）はＡＤＦ－ＳＴＥＭ（ＡｎｎｕｌａｒＤａｒｋ－ＦｉｅｌｄＳｃａｎｎｉｎｇＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像、（ｅ）～（ｋ）はＥＤＳ（ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）により成分元素の空間分布を観察したもので、（ｅ）はＭｎ、（ｆ）はＦｅ、（ｇ）はＮｉ、（ｈ）はＺｎ、（ｉ）はＡｇ、（ｊ）はＯ、および（ｋ）はＴｉである。
実施例で作製したＭｎＦｅＮｉＺｎ
０．５
ＡｇＯ
ｘ
試料のＸＰＳ（Ｘ－ＲａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）測定結果である。ここで、（ａ）はＭｎ２ｐ、（ｂ）はＦｅ２ｐ、（ｃ）はＮｉ２ｐ
３／２
、（ｄ）はＺｎ２ｐ
３／２
、（ｅ）はＡｇ３ｄおよび（ｆ）はＯ１ｓに対応したスペクトルを実測にフィッティングさせた計算結果と合わせて示したものである。
ＭｎＦｅＮｉＺｎ
０．５
ＡｇＯ
ｘ
電極触媒の酸素発生反応を電位の経過時間依存性により評価した特性図であり、ｐＨをパラメータにしている。
ＭｎＦｅＮｉＺｎ
０．５
ＡｇＯ
ｘ
電極触媒材料の酸素発生反応を、１Ｍの炭酸塩（Ｎａ－Ｃｉ）電解質を用いて８０℃の環境下で電位－電流特性（ＬＳＶＣｕｒｖｅ）にて評価した特性図である。
ＭｎＦｅＮｉＺｎ
０．５
ＡｇＯ
ｘ
とＲｕＯ
２
の電位経過時間変化（ＣＰ：Ｃｈｒｏｎｏｐｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｒｙ）を比較評価した特性図である。
酸素発生用装置の主要構成を説明する構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態１）
実施の形態１では、本発明の電極触媒について説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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