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公開番号2025036933
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-17
出願番号2023143599
出願日2023-09-05
発明の名称触媒、膜電極接合体、電解セル、電解装置及び触媒の製造方法
出願人株式会社IHI,国立大学法人東京科学大学
代理人個人,個人,個人
主分類C25B 11/095 20210101AFI20250310BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】二酸化炭素の電気分解によって炭化水素を合成するための、触媒、膜電極接合体、電解セル、電解装置及び触媒の製造方法を提供する。
【解決手段】触媒は、二酸化炭素の電気分解に使用される触媒であって、担体と、担体に担持されている、ポリ(4-ビニルピリジン)又は特定の化合物を含む、窒素含有複素芳香環化合物と、窒素含有複素芳香環化合物の複素芳香環上の窒素原子と配位しているコバルトイオンと、担体に担持されている、鉄フタロシアニン、鉄テトラフェニルポルフィリンクロリド及びコバルトフタロシアニンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物と、を含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
二酸化炭素の電気分解に使用される触媒であって、
担体と、
前記担体に担持されている、ポリ（４－ビニルピリジン）又は一般式（１）
TIFF
2025036933000006.tif
47
165
（一般式（１）中、Ｒ
１
がＨ又はアルキル基である。）
で表される化合物を含む、窒素含有複素芳香環化合物と、
前記窒素含有複素芳香環化合物の複素芳香環上の窒素原子と配位しているコバルトイオンと、
前記担体に担持されている、鉄フタロシアニン、鉄テトラフェニルポルフィリンクロリド及びコバルトフタロシアニンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物と、
を含む、触媒。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
水を酸化して酸素を生成するアノードと、
二酸化炭素を還元して炭化水素を含む生成物を生成する、請求項１に記載の触媒を備えたカソードと、
前記アノード及び前記カソードの間に挟まれる電解質膜と、
を有する、膜電極接合体。
【請求項３】
前記電解質膜はプロトン交換膜である、請求項２に記載の膜電極接合体。
【請求項４】
前記炭化水素はメタン、エタン、プロパン、エチレン及びプロピレンからなる群より選ばれる少なくとも１種を含む、請求項２又は３に記載の膜電極接合体。
【請求項５】
請求項２又は３に記載の膜電極接合体を備える、電解セル。
【請求項６】
請求項５に記載の電解セルを備える、電解装置。
【請求項７】
二酸化炭素の電気分解に使用される触媒の製造方法であって、
ポリ（４－ビニルピリジン）－コバルト錯体を、担体上で焼成して前記担体に担持させた後に、鉄フタロシアニン、鉄テトラフェニルポルフィリンクロリド及びコバルトフタロシアニンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を前記担体に担持する工程を含む、触媒の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、触媒、膜電極接合体、電解セル、電解装置及び触媒の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素は、地球温暖化の原因として問題視されており、世界的に二酸化炭素の排出を抑制する動きが活発化している。大気中への二酸化炭素の排出量を削減し、二酸化炭素を有効に利用する方法として、再生可能エネルギー由来の電力を用いて二酸化炭素及び水を、一酸化炭素などの還元生成物及び酸素へ電気分解し、循環利用する方法が知られている。
【０００３】
二酸化炭素の電気化学的還元は、従来アルカリ環境下で酸化銅又は銀などのカソード触媒を用いて実施されていた。アルカリ環境下では触媒材料の選択肢が多いものの、二酸化炭素がアルカリに溶解して不純物となる炭酸塩を生成してしまうという問題がある。一方、特許文献１では、酸性環境下でコバルト錯体系触媒及びプロトン交換膜を用いて、二酸化炭素の電気化学的還元を実施する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－１３８９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、酸性環境下で使用できる触媒が限られており、還元生成物の選択性が一酸化炭素及び水素に限られている。そのため、二酸化炭素の電気分解によって、燃料又は化学原料として応用可能である炭化水素を合成することが課題となっていた。
【０００６】
本開示は、二酸化炭素の電気分解によって炭化水素を合成するための、触媒、膜電極接合体、電解セル、電解装置及び触媒の製造方法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】
【０００７】
本開示に係る触媒は、二酸化炭素の電気分解に使用される触媒であって、担体と、担体に担持されている、ポリ（４－ビニルピリジン）又は一般式（１）
TIFF
2025036933000002.tif
47
165
（一般式（１）中、Ｒ
１
がＨ又はアルキル基である。）
で表される化合物を含む、窒素含有複素芳香環化合物と、窒素含有複素芳香環化合物の複素芳香環上の窒素原子と配位しているコバルトイオンと、担体に担持されている、鉄フタロシアニン、鉄テトラフェニルポルフィリンクロリド及びコバルトフタロシアニンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物と、を含む。
【０００８】
本開示に係る膜電極接合体は、水を酸化して酸素を生成するアノードと、二酸化炭素を還元して炭化水素を含む生成物を生成する、触媒を備えたカソードと、アノード及び前記カソードの間に挟まれる電解質膜と、を有していてもよい。
【０００９】
電解質膜はプロトン交換膜であってもよい。
【００１０】
炭化水素はメタン、エタン、プロパン、エチレン及びプロピレンからなる群より選ばれる少なくとも１種を含んでいてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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