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公開番号2025099875
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2023216848
出願日2023-12-22
発明の名称酸素発生触媒および酸素発生反応用電極
出願人株式会社豊田中央研究所
代理人弁理士法人YKI国際特許事務所
主分類B01J 31/22 20060101AFI20250626BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】水から酸素を発生させる触媒において、酸素発生に必要な電圧を低下させることができる酸素発生触媒を提供する。
【解決手段】2,2’-ビイミダゾール誘導体と、Ni塩とのNi錯体またはFe塩とのFe錯体である、酸素発生触媒である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
２，２’－ビイミダゾール誘導体と、Ｎｉ塩とのＮｉ錯体またはＦｅ塩とのＦｅ錯体であることを特徴とする酸素発生触媒。
続きを表示（約 260 文字）【請求項２】
請求項１に記載の酸素発生触媒であって、
前記酸素発生触媒は、反応溶液として二酸化炭素を飽和させた中性水溶液を用いて酸素を発生させる酸素発生反応用であることを特徴とする酸素発生触媒。
【請求項３】
請求項１に記載の酸素発生触媒であって、
前記Ｎｉ塩または前記Ｆｅ塩は、硝酸塩および塩化物塩のうちの少なくとも１つであることを特徴とする酸素発生触媒。
【請求項４】
請求項１～３のいずれか１項に記載の酸素発生触媒を含むことを特徴とする酸素発生反応用電極。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水から酸素を発生させるための酸素発生触媒、およびその酸素発生触媒を含む酸素発生反応用電極に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
水から酸素を発生させる酸素発生反応は、アルカリ性溶液中で水素を生成させる水電解反応や、二酸化炭素（ＣＯ
２
）から一酸化炭素、ギ酸、エタノールなどの有用な化合物を合成する二酸化炭素還元反応などの対極反応として用いられる反応である。この酸素発生反応で用いられる酸素発生触媒について、これまで様々な検討が行われている。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、ピリジン系配位子を有するＮｉ－Ｆｅ系金属錯体型酸素発生触媒を用いた酸素発生反応が記載されている。非特許文献１は、反応溶液中に溶解する触媒を使用し、グラッシーカーボン（ガラス状炭素）電極を用いた検討であるため、生成電流値は０．３ｍＡ程度とかなり小さく、また、電解液には、ｐＨ１０程度の０．１ＭＮａＨＣＯ
３
水溶液中に１０質量％のアセトニトリルを必要とする。
【０００４】
非特許文献２には、Ｎｉフォーム上にＮｉＦｅＣｕ金属塩を添加し、ＮｉＯＯＨが触媒として駆動する金属酸化物系酸化発生触媒を用いた酸素発生反応が記載されている。非特許文献２では、二酸化炭素を飽和していない０．５ＭＫＨＣＯ
３
水溶液で反応が行われている。非特許文献５において最も高い性能を有する触媒で１０ｍＡの電流の生成に３８５ｍＶの過電圧を必要とする。
【０００５】
非特許文献３には、ＮｉフォームにＡｕメッキを行い、ＮｉＣｏＦｅＰ触媒を担持した金属酸化物系酸化発生触媒を用いた酸素発生反応が記載されている。非特許文献３では、二酸化炭素を飽和した０．５ＭＫＨＣＯ
３
水溶液で反応が行われている。非特許文献３において最も高い性能を有する触媒で１０ｍＡの電流の生成に４００ｍＶの過電圧を必要とする。
【０００６】
特許文献１は、Ｆｅ含有複合化合物粒子、その製造方法およびＦｅ含有複合化合物電極に関し、β－ＦｅＯＯＨ結晶相と、β－ＦｅＯＯＨ結晶相の周囲を覆う３価のＮｉ含有化合物とを含むＦｅ含有複合化合物粒子からなる酸素発生触媒が記載されている。特許文献１において、二酸化炭素を飽和した０．１ＭＫ
２
Ｂ
４
Ｏ
７
＋０．２ＭＫ
２
ＳＯ
４
電解液を用いて反応が行われている。０．５ｍＡの電圧が、特許文献１において最も高い性能を有する触媒で１．６０ＶｖｓＲＨＥ、１０ｍＡの場合、６００ｍＶ程度の過電圧を必要とする。
【０００７】
非特許文献１～３、特許文献１は、いずれも酸素発生反応の反応溶液として中性電解液を使用する例である。非特許文献１，２は、二酸化炭素未飽和の条件で測定されており、非特許文献３、特許文献１は、二酸化炭素飽和の条件で測定されている。中性電解液中での金属錯体系の酸素発生触媒の検討例は非常に少なく、非特許文献１は、ｐＨ１０程度の０．１ＭＮａＨＣＯ
３
（１０質量％アセトニトリル含有）中のピリジン系Ｎｉ－Ｆｅ系金属錯体型酸素発生触媒の例であるが、水溶性の触媒を使用するため、生成電流値は小さく、上記の通り０．３ｍＡ程度にとどまる。
【０００８】
非特許文献２のように中性条件においても金属酸化物系酸素発生触媒を用いた報告があるが、複数の原子を導入した合金型を基に合成される金属酸化物系触媒（ＮｉＯＯＨ＋Ｆｅ＋Ｃｕ）の触媒であっても必要となる過電圧が上記の通り３８５ｍＶと大きい。
【０００９】
二酸化炭素還元用触媒と組み合わせて酸素発生触媒を使用する場合、メンブレン膜によって酸素発生触媒と二酸化炭素還元用触媒とを区切って動作させる２室型の反応セルが一般的である。しかしながら、一部の二酸化炭素（ＣＯ
２
）はＨＣＯ
３
－
やＣＯ
３
２－
の状態でメンブレン膜を通過してしまうことが知られており、長期的には酸素発生触媒で使用する電解液にも二酸化炭素が含まれるようになる。したがって、時間経過とともに、１ＭＫＯＨのようなアルカリ性溶液は中和反応が起こり、少しずつｐＨ低下を引き起こし触媒活性の低下や反応を駆動する電圧の向上が引き起こされる。同様に他の電解液においても二酸化炭素が溶解することによって、徐々に中性側にｐＨは低下する。長期的な利用を考えると二酸化炭素が飽和された状態の中性電解液で反応ができることが望ましいが、非特許文献３、特許文献１のように二酸化炭素飽和電解液では、二酸化炭素未飽和電解液よりも酸素発生反応に必要な電圧が大きくなることが知られている。これまでの酸素発生触媒は無機系の金属／金属酸化物系触媒が多く、これらはアルカリ性溶液で最も触媒性能が高く、二酸化炭素飽和電解液では特に反応が進行しにくいことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開２０２１－１０７２９８号公報
【非特許文献】
（【００１１】以降は省略されています）

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