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公開番号2025089116
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-12
出願番号2023204122
出願日2023-12-01
発明の名称水素発生用触媒、および、水素発生用触媒の製造方法
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B01J 23/888 20060101AFI20250605BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】低コストで製造することができ、かつ、効率良く水素を発生させることが可能な水素発生用触媒、および、水素発生用触媒の製造方法を提供する。
【解決手段】炭化タングステンとコバルトとの混合物からなる水素発生用触媒であって、前記水素発生用触媒をグラッシーカーボン電極に担持して1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液中で窒素バブリング下において、銀-塩化銀標準電極に対して-1.2Vに電位走査した際の触媒1mg当たりのカソード電流の絶対値が0.10mA/mg以上となることを特徴とする。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
炭化タングステンとコバルトとの混合物からなる水素発生用触媒であって、
前記水素発生用触媒をグラッシーカーボン電極に担持して１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液中で窒素バブリング下において、銀－塩化銀標準電極に対して－１．２Ｖに電位走査した際の触媒１ｍｇ当たりのカソード電流の絶対値が０．１０ｍＡ／ｍｇ以上となることを特徴とする水素発生用触媒。
続きを表示（約 410 文字）【請求項２】
前記コバルトの含有量が１．０質量％以上５０．０質量％以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の水素発生用触媒。
【請求項３】
前記炭化タングステンは六方晶構造を有することを特徴とする請求項１に記載の水素発生用触媒。
【請求項４】
前記炭化タングステンと前記コバルトが最表面に存在することを特徴とする請求項１に記載の水素発生用触媒。
【請求項５】
ＢＥＴ比表面積が０．５ｍ
２
／ｇ以上２０．０ｍ
２
／ｇ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の水素発生用触媒。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の水素発生用触媒を製造する水素発生用触媒の製造方法であって、
炭化タングステン粉末とコバルト粉末とを機械混合することを特徴とする水素発生用触媒の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素発生反応を促進するために用いられる水素発生用触媒、および、水素発生用触媒の製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
水素を発生させる手段として、例えば、固体高分子型水電解装置（ＰＥＭ）が挙げられる。上述の固体高分子型水電解装置（ＰＥＭ）は、対向配置されたアノード極及びカソード極と、これらアノード極とカソード極との間に配置されたイオン透過膜と、を備えた水電解セルを備えている。なお、イオン透過膜の両面（アノード極との接触面及びカソード極との接触面）には、それぞれ触媒層が形成されている。
このような構成の水電解装置（水電解セル）においては、水を分解することでアノード極側で酸素（Ｏ
２
）が発生し、カソード極側で水素（Ｈ
２
）が発生することになる。
【０００３】
ここで、カソード極（水素発生極）において用いられる水素発生用触媒としては、白金（Ｐｔ）が広く使用されている。白金（Ｐｔ）は、通常、ナノ炭素単体に担持された状態で使用されている。
しかしながら、白金（Ｐｔ）は、貴金属であって非常に高価なため、水電解装置の操業コストが大幅に向上してしまうといった問題があった。
【０００４】
そこで、白金（Ｐｔ）の代替となる水素発生用触媒としては、例えば、特許文献１，２に開示されたものが提案されている。
特許文献１においては、炭化タングステン系触媒であって、Ｗ
２
Ｃ
０．８５
／ＷのＸＲＤピーク比を特定したものが提案されている。
また、特許文献２においては、炭素担体上に形成したタングステン－ニッケルカーバイド（Ｗ－Ｎｉ－Ｃ）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１６－１６３８６１号公報
特表２０１８－５２８１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述の水素発生用触媒においては、さらに効率よく、かつ、安定して水素発生を促進することができることが求められている。
また、上述の水素発生用触媒においては、水素発生を安価に行うために製造コストが低いことが求められている。しかしながら、特許文献１，２においては、原料を混合した後、高温で熱処理する必要があり、製造コストが高くなるといった問題があった。
【０００７】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、低コストで製造することができ、かつ、効率良く水素を発生させることが可能な水素発生用触媒、および、水素発生用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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の態様１の水素発生用触媒は、炭化タングステンとコバルトとの混合物からなる水素発生用触媒であって、前記水素発生用触媒をグラッシーカーボン電極に担持して１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液中で窒素バブリング下において、銀－塩化銀標準電極に対して－１．２Ｖに電位走査した際の触媒１ｍｇ当たりのカソード電流の絶対値が０．１０ｍＡ／ｍｇ以上となることを特徴としている。
【０００９】
本発明の態様１の水素発生用触媒によれば、炭化タングステンとコバルトとの混合物で構成されていることから、炭化タングステンとコバルトとの界面で電子授受が促進され、触媒活性が向上する。また、炭化タングステンと共存することでコバルトの酸化耐性が向上し、反応液中での触媒活性向上に寄与する。
そして、上述のように、前記水素発生用触媒をグラッシーカーボン電極に担持して１ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液中で窒素バブリング下において、銀－塩化銀標準電極に対して－１．２Ｖに電位走査した際の触媒１ｍｇ当たりのカソード電流の絶対値が０．１０ｍＡ／ｍｇ以上とされているので、効率よく、かつ、安定して水素発生を促進させることができる。
【００１０】
本発明の態様２の水素発生用触媒は、態様１の水素発生用触媒において、前記コバルトの含有量が１．０質量％以上５０．０質量％以下の範囲内であることを特徴としている。
本発明の態様２の水素発生用触媒によれば、前記コバルトの含有量が１．０質量％以上５０．０質量％以下の範囲内とされているので、確実に触媒活性を向上させることができるとともに、酸化耐性を十分に向上させることができる。よって、さらに効率よく、かつ、安定して水素発生を促進させることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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