特許ウォッチ

公開番号2025100009
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2023217078
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】アミノ系置換基を有するピリジン系配位子と、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って、酸素発生触媒は、反応溶液としてpH10以上のアルカリ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、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】
アミノ系置換基を有するピリジン系配位子と、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って、
前記酸素発生触媒は、反応溶液としてｐＨ１０以上のアルカリ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。
続きを表示（約 310 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３】
請求項１に記載の酸素発生触媒であって、
前記アミノ系置換基は、－ＮＲ
ｘ
（Ｒ
ｘ
は、独立して、水素原子、または置換基を有していても良い炭素数１～６の直鎖、分岐、環状のアルキル基、ｘ＝１～２または１～３）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 1,800 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、Ｎｉ（ＮＯ
３
）
２
・６Ｈ
２
ＯとＣｏ（ＮＯ
３
）
２
・６Ｈ
２
Ｏの両方または一方と２－メチルイミダゾールとを基に合成された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において最も高い性能を有するＮｉ、Ｃｏの両方を含む触媒であっても必要な電圧は約３００ｍＶと高い。
【０００４】
非特許文献２には、Ｎｉ（ＮＯ
３
）
２
・６Ｈ
２
ＯとＦｅ（ＮＯ
３
）
３
・９Ｈ
２
Ｏの両方または一方と２－メチルイミダゾールとを基に合成された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２において最も高い性能を有するＮｉ、Ｆｅ両方を含む触媒では必要な電圧は約２００ｍＶであり、Ｎｉのみを含む触媒では必要な電圧は３００ｍＶと高い。
【０００５】
非特許文献３には、Ｎｉ（ＮＯ
３
）
２
・６Ｈ
２
Ｏ、Ｃｏ（ＮＯ
３
）
２
・６Ｈ
２
Ｏ、Ｆｅ（ＮＯ
３
）
３
・９Ｈ
２
Ｏのうちの少なくとも１種類と２－メチルイミダゾールとを基に合成された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３において最も高い性能を有するＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅの３種類を含む触媒であっても必要な電圧は約２５０ｍＶと高い。
【０００６】
非特許文献４には、Ｎｉフォーム（ｆｏａｍ）上にＮｉＯＯＨ／ＦｅＯＯＨを形成した金属酸化物系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４の反応では、１０ｍＡの電流の生成に２５０ｍＶの過電圧を必要とする。
【０００７】
非特許文献５には、Ｎｉフォーム上にＮｉＯＯＨ／ＦｅＯＯＨを形成した金属酸化物系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２９０ｍＶの過電圧を必要とする。
【０００８】
非特許文献６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６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。
【０００９】
非特許文献７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７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。
【００１０】
非特許文献１～５は、酸素発生反応の反応溶液としてアルカリ性電解液を使用する例である。非特許文献１～３のように配位子としてイミダゾール、特に２－メチルイミダゾールを用いた酸素発生触媒は、Ｎｉフォームのような金属単体の酸素発生触媒よりも低い電圧において酸素を発生できることが知られている。２－メチルイミダゾールを用いた従来技術では複数の金属塩（ＦｅとＮｉ，ＦｅとＮｉとＣｏなど）を組み合わせた酸素発生触媒を用いた場合のみ、比較的低い電圧で駆動することが知られており、単独の金属種のみでは酸素発生に必要な電圧が増大する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許