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公開番号2025095387
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2023211354
出願日2023-12-14
発明の名称Cu多孔質部材
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 20210101AFI20250619BHJP(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還元反応を促進してエタノール等のC2以上の有機化合物を効率的に生成させることが可能なCu多孔質部材を提供する。
【解決手段】CuまたはCu合金からなり、多孔質構造をなす部材本体11と、この部材本体11の表面の少なくとも一部に形成されたナノCu構造体層16と、を備えており、部材本体11は、気孔率が38%以上95%以下の範囲内とされ、厚みが0.1mm以上1.0mm以下の範囲内とされており、ナノCu構造体層16は、20μm～1nmの平均長さを持つ前記Cu粒子が表面に積層することで層として構成されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
ＣｕまたはＣｕ合金からなり、多孔質構造をなす部材本体と、この部材本体の表面の少なくとも一部に形成されたナノＣｕ構造体層と、を備えており、
前記部材本体は、気孔率が３８％以上９５％以下の範囲内とされ、厚みが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とされており、
前記ナノＣｕ構造体層は、２０μｍ～１ｎｍの平均長さを持つＣｕ粒子が表面に積層することで層として構成されていることを特徴とするＣｕ多孔質部材。
続きを表示（約 300 文字）【請求項２】
前記ナノＣｕ構造体層は、前記部材本体の一面側に形成されており、前記部材本体の前記一面における前記ナノＣｕ構造体層の被覆率が２０％以上とされていることを特徴とする請求項１に記載のＣｕ多孔質部材。
【請求項３】
前記ナノＣｕ構造体層を構成する２０μｍ～１ｎｍの平均長さを持つ前記Ｃｕ粒子は、デンドライト形状または球形状とされていることを特徴とする請求項１また請求項２に記載のＣｕ多孔質部材。
【請求項４】
共電解法の電極として用いてエタノールを生成する際のファラデー効率が１．０％以上であることを特徴とする請求項１また請求項２に記載のＣｕ多孔質部材。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣｕまたはＣｕ合金からなるＣｕ多孔質部材に関するものであり、特に共電解法による二酸化炭素還元用の電極として適したＣｕ多孔質部材に関する。
続きを表示（約 2,200 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】
触媒としてＣｕを用いた場合には、高ファラデー効率でＣＯ
２
からＣ２以上の有機化合物（例えば、エタノール等）を得ることができる。
近年、Ｃｕの酸化数やナノスケールの幾何構造の違いにより、Ｃ２以上の化合物のファラデー効率が向上することが明らかになった。ナノ構造を制御することで、高性能なＣＯ
２
還元触媒が提案されている。
ここで、共電解法の電極として、ナノサイズのＣｕ粒子を担持したカーボンペーパーが用いられている。
【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
【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、ナノサイズのＣｕ粒子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、共電解法の電極として使用する場合には、原料となるＣＯ
２
ガスの導入や、反応後に生成したエタノールなどの液体を、セル外へ排出する必要があるが、カーボンペーパーは、気体や液体に対する圧力損失が比較的高いために、生産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し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
還元反応を促進してエタノール等のＣ２以上の有機化合物を効率的に生成させることが可能なＣｕ多孔質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Ｃｕ多孔質部材は、ＣｕまたはＣｕ合金からなり、多孔質構造をなす部材本体と、この部材本体の表面の少なくとも一部に形成されたナノＣｕ構造体層と、を備えており、前記部材本体は、気孔率が３８％以上９５％以下の範囲内とされ、厚みが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ以下の範囲内とされており、前記ナノＣｕ構造体層は、２０μｍ～１ｎｍの平均長さを持つＣｕ粒子が表面に積層することで層として構成されていることを特徴としている。
【０００９】
本発明の態様１のＣｕ多孔質部材によれば、ＣｕまたはＣｕ合金からなり、多孔質構造をなす部材本体を有しており、気孔率が３８％以上９５％以下の範囲内、厚みが０．１ｍｍ以上１．０ｍｍ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、部材本体の表面の少なくとも一部に、２０μｍ～１ｎｍの平均長さを持つＣｕ粒子が表面に積層することで層として構成されたナノＣｕ構造体層が形成されていることから、２０μｍ～１ｎｍの平均長さを持つＣｕ粒子を触媒として、効率的にＣＯ
２
を還元してエタノール等のＣ２以上の有機化合物を生成することが可能となる。
【００１０】
本発明の態様２のＣｕ多孔質部材は、本発明の態様１のＣｕ多孔質部材において、前記ナノＣｕ構造体層は、前記部材本体の一面側に形成されており、前記部材本体の前記一面における前記ナノＣｕ構造体層の被覆率が２０％以上であることを特徴としている。
本発明の態様２のＣｕ多孔質部材によれば、２０μｍ～１ｎｍの平均長さを持つＣｕ粒子の触媒作用を確実に奏功せしめることができ、ＣＯ
２
還元をさらに効率良く行うことが可能となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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