特許ウォッチ

公開番号2025012527
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023115414
出願日2023-07-13
発明の名称水電解アノード用触媒および水電解用アノード
出願人京セラ株式会社
代理人弁理士法人 HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
主分類C25B 11/091 20210101AFI20250117BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】水電解処理におけるアノードに用いられる触媒の性能を向上させる。
【解決手段】水電解アノード用触媒は、層状岩塩型構造を有し、アルカリ金属元素以外の複数種の金属元素と、1種類以上のアルカリ金属元素とを含有する第1の複合酸化物を含み、複数種の金属元素の種類数およびそれぞれの割合によって定まる配置のエントロピーが1.5R(Rは気体定数)よりも大きい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
水電解処理のアノードにおいて用いられる触媒であって、
層状岩塩型構造を有し、アルカリ金属元素以外の複数種の金属元素と、１種類以上のアルカリ金属元素とを含有する第１の複合酸化物を含み、
前記複数種の金属元素の種類数およびそれぞれの割合によって定まる配置のエントロピーが１．５Ｒ（Ｒは気体定数）よりも大きい、水電解アノード用触媒。
続きを表示（約 460 文字）【請求項２】
前記複数種の金属元素は、第４周期遷移金属元素を含む、請求項１に記載の水電解アノード用触媒。
【請求項３】
前記複数種の金属元素は、Ｆｅ、Ｃｏ、およびＮｉのうち少なくともいずれか１種を含む、請求項１に記載の水電解アノード用触媒。
【請求項４】
前記複数種の金属元素は、Ａｌをさらに含む、請求項１に記載の水電解アノード用触媒。
【請求項５】
前記複数種の金属元素は、ＣｕおよびＺｎのうち少なくともいずれか１種を含む、請求項１に記載の水電解アノード用触媒。
【請求項６】
層状岩塩型構造以外の構造を有する第２の複合酸化物を含み、
前記第１の複合酸化物および前記第２の複合酸化物の合計に対する前記第１の複合酸化物の割合が０．３以上である、請求項１に記載の水電解アノード用触媒。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の水電解アノード用触媒を含む触媒層と、前記触媒層を支持する導電性基体と、を備える水電解用アノード。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、水電解アノード用触媒および水電解用アノードに関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
水電解は、水素製造の工業的手法の１つである。アルカリ水電解およびアニオン交換膜（ＡＥＭ）水電解といった手法では、電解液にアルカリ性水溶液が用いられ、アノード用の触媒材料としてニッケル系の酸化物が広く用いられている。
【０００３】
一般に、ニッケル系の酸化物は比較的低い触媒活性を有する。従来、アルカリ水電解装置では、カソードでの反応（水素生成反応）を進行させるために必要なエネルギー量よりも、アノードでの反応（酸素生成反応）を進行させるために必要なエネルギー量の方が大きい。アルカリ水電解装置のエネルギー効率を向上させるために、ニッケル系の酸化物よりも高い触媒活性を有する材料の検討が行われている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－２５９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水電解処理におけるアノードに用いられる触媒の性能を向上させることが求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本開示の一態様における水電解アノード用触媒は、水電解処理のアノードにおいて用いられる触媒であって、層状岩塩型構造を有し、アルカリ金属元素以外の複数種の金属元素と、１種類以上のアルカリ金属元素とを含有する第１の複合酸化物を含み、前記複数種の金属元素の種類数およびそれぞれの割合によって定まる配置のエントロピーが１．５Ｒ（Ｒは気体定数）よりも大きい。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一態様によれば、水電解処理におけるアノードに用いられる触媒の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の一実施形態における触媒について説明するための模式図である。
本開示の一実施形態における水電解用アノードを示す模式図である。
一般的な岩塩型構造について説明するための模式図である。
層状岩塩型構造について説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施の形態について説明する。本実施形態における触媒についての理解を容易にするために、先ず、本発明者の見出した新規な知見について概略的に説明する。
【００１０】
＜発明の知見の概略的な説明＞
従来、アノード用の触媒材料として、例えばα－ＮａＦｅＯ
２
型酸化物（層状岩塩型酸化物とも称される）が提案されている。図３は、一般的な岩塩型構造について説明するための模式図である。図４は、層状岩塩型構造について説明するための模式図である。一般的な岩塩型構造（立方晶岩塩型構造）は、＜１１１＞方向に、金属原子層Ｍおよび酸素原子層Ｏが規則的に配列している層構造であると言える（図３を参照）。一方、「層状岩塩型構造」とは、非等価な金属原子層Ｍ１、Ｍ２が存在しており、各元素がＭ１、Ｏ、Ｍ２、Ｏ、Ｍ１、Ｏ、Ｍ２、Ｏ、・・・と規則的に配列した構造を有する（図４を参照）。具体的な一例として、層状岩塩型構造のＮａＦｅＯ
２
は、立方晶岩塩型構造の＜１１１＞方向（層状岩塩型構造の＜００１＞方向）に、各元素がＮａ、Ｏ、Ｆｅ、Ｏ、Ｎａ、Ｏ、Ｆｅ、Ｏ・・・と規則的に配列した構造を有する。換言すれば、層状岩塩型構造のＮａＦｅＯ
２
は、Ｎａが二次元配列したＮａ層と、Ｏが二次元配列したＯ層と、Ｆｅが二次元配列したＦｅ層と、別のＯ層とが、立方晶岩塩型構造における＜１１１＞方向に周期的に配列した構造を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許