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公開番号2025123180
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-22
出願番号2025008026
出願日2025-01-20
発明の名称一酸化炭素の製造方法、二酸化炭素還元電極及び二酸化炭素還元装置
出願人住友化学株式会社
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類C01B 32/40 20170101AFI20250815BHJP(無機化学)
要約【課題】一酸化炭素選択性が高い一酸化炭素の製造方法、二酸化炭素還元電極及び二酸化炭素還元装置の提供。
【解決手段】式(1)で表される二酸化炭素還元触媒の存在下で、二酸化炭素と水とを反応させる工程を含む、一酸化炭素の製造方法。[式中、R¹はH又は置換基;P¹は芳香環を含む2価の基;Q¹及びQ²は芳香環を含む1価の基;MはCo、Ni、又はZn;Xは対イオン又は中性分子;Oは酸素原子であり、少なくとも1つのMと結合する。]
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【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
下記式（１）で表される二酸化炭素還元触媒の存在下で、二酸化炭素と水とを反応させる工程を含む、
一酸化炭素の製造方法。
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2025123180000046.jpg
85
95
（式（１）中、Ｒ
１
は水素原子又は置換基を表し、複数あるＲ
１
は、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、隣り合う２つのＲ
１
は互いに結合して環を形成してもよく、Ｐ
１
は芳香環を１つ以上含む２価の基を表し、Ｑ
１
及びＱ
２
は芳香環を１つ以上含む１価の基を表し、Ｑ
１
及びＱ
２
は互いに結合して環構造を形成してもよく、Ｍはコバルト原子、ニッケル原子、又は亜鉛原子を表し、ａは２以上４以下の整数であり、複数あるＭはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｘは対イオン又は中性分子であり、ｂは０以上の整数であり、Ｘを複数有する場合は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、Ｏは酸素原子であり、少なくとも１つのＭと結合する。）
続きを表示（約 3,200 文字）【請求項２】
前記Ｐ
１
が、下記式（Ｐ
ａ
）、下記式（Ｐ
ｂ
）又は下記式（Ｐ
ｃ
）で表される２価の基である請求項１に記載の一酸化炭素の製造方法。
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2025123180000047.jpg
52
87
（式（Ｐ
ａ
）～式（Ｐ
ｃ
）中、Ｒは水素原子又は置換基を表し、隣り合う２つのＲ同士は互いに結合して環構造を形成してもよく、複数あるＲは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、隣り合う２つのＲは互いに結合して環を形成してもよく、Ｙは下記に示す基のいずれかであり、複数あるＹは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｚはアルキレン基又はアリーレン基を表し、＊は、結合手を表す。）
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2025123180000048.jpg
14
80
（式中、Ｒ
ａ
は、水素原子又は置換基を表す。）
【請求項３】
前記二酸化炭素還元触媒が、下記式（２）で表される化合物である請求項１に記載の一酸化炭素の製造方法。
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2025123180000049.jpg
79
103
（式（２）中、Ｒ
６
～Ｒ
８
は水素原子又は置換基を表し、隣り合う２つのＲ
６
同士、隣り合う２つのＲ
７
同士、及び隣り合う２つのＲ
８
同士は互いに結合して環構造を形成してもよく、複数存在するＲ
６
～Ｒ
８
はそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｑ
３
及びＱ
４
は芳香環を１つ以上含む１価の基を表し、Ｑ
３
及びＱ
４
は互いに結合して環構造を形成してもよく、Ｍはコバルト原子、ニッケル原子、又は亜鉛原子を表し、ａは２以上４以下の整数であり、複数あるＭはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｘは対イオン又は中性分子であり、ｂは０以上の整数であり、Ｘを複数有する場合は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、Ｏは酸素原子であり、少なくとも１つのＭと結合する。）
【請求項４】
前記二酸化炭素還元触媒が、下記式（３）で表される化合物である請求項１に記載の一酸化炭素の製造方法。
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2025123180000050.jpg
83
112
（式（３）中、Ｒ
９
～Ｒ
１３
は水素原子、置換基又は２価の基を表し、隣り合う２つのＲ
９
同士、隣り合う２つのＲ
１０
同士、隣り合う２つのＲ
１１
同士、隣り合う２つのＲ
１２
同士、並びに隣り合うＲ
１２
及びＲ
１３
は互いに結合して環構造を形成してもよく、複数存在するＲ
９
～Ｒ
１３
はそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｒ
１３
が２価の基である場合、当該２価の基は他の前記式（３）で表される化合物と結合を形成し２量体を形成してもよく、Ｍはコバルト原子、ニッケル原子、又は亜鉛原子を表し、複数あるＭはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｘは対イオン又は中性分子であり、ｂは０以上の整数であり、Ｘを複数有する場合は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。）
【請求項５】
前記二酸化炭素還元触媒が、下記式（４）で表される化合物である請求項１に記載の一酸化炭素の製造方法。
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2025123180000051.jpg
80
105
（式（４）中、Ｒ
１４
～Ｒ
１６
は水素原子又は置換基を表し、隣り合う２つのＲ
１４
同士、隣り合う２つのＲ
１５
同士、並びに隣り合うＲ
１５
及びＲ
１６
は互いに連結して環を形成してもよく、複数存在するＲ
１４
～Ｒ
１６
はそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｍはコバルト原子、ニッケル原子、又は亜鉛原子を表し、複数あるＭはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｘは対イオン又は中性分子であり、ｂは０以上の整数であり、Ｘを複数有する場合は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。）
【請求項６】
前記二酸化炭素還元触媒が、下記式（５）で表される化合物である請求項１に記載の一酸化炭素の製造方法。
JPEG
2025123180000052.jpg
82
101
（式（５）中、Ｒ
１７
～Ｒ
２１
は水素原子又は置換基を表し、隣り合う２つのＲ
１７
同士、隣り合う２つのＲ
１８
同士、隣り合う２つのＲ
１９
同士、隣り合う２つのＲ
２１
同士、並びに隣り合うＲ
２０
及びＲ
２１
は互いに結合して環構造を形成してもよく、複数存在するＲ
１７
～Ｒ
２１
はそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｍはコバルト原子、ニッケル原子、又は亜鉛原子を表し、複数あるＭはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｘは対イオン又は中性分子であり、ｂは０以上の整数であり、Ｘを複数有する場合は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。）
【請求項７】
下記式（１）で表される二酸化炭素還元触媒又は下記式（１）で表される二酸化炭素還元触媒が担持された導電性材料を含む、
二酸化炭素還元電極。
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2025123180000053.jpg
85
95
（式（１）中、Ｒ
１
は水素原子又は置換基を表し、複数あるＲ
１
は、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、隣り合う２つのＲ
１
は互いに結合して環を形成してもよく、Ｐ
１
は芳香環を１つ以上含む２価の基を表し、Ｑ
１
及びＱ
２
は芳香環を１つ以上含む１価の基を表し、Ｑ
１
及びＱ
２
は互いに結合して環構造を形成してもよく、Ｍはコバルト原子、ニッケル原子、又は亜鉛原子を表し、ａは２以上４以下の整数であり、複数あるＭはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｘは対イオン又は中性分子であり、ｂは０以上の整数であり、Ｘを複数有する場合は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、Ｏは酸素原子であり、少なくとも１つのＭと結合する。）
【請求項８】
前記式（１）で表される二酸化炭素還元触媒が担持された導電性材料を含み、
前記導電性材料を支持する支持体をさらに含む請求項７に記載の二酸化炭素還元電極。
【請求項９】
イオン伝導体をさらに含む請求項７又は請求項８に記載の二酸化炭素還元電極。
【請求項１０】
酸化電極と、
請求項７又は請求項８に記載の二酸化炭素還元電極と、
前記酸化電極と前記二酸化炭素還元電極とを隔てる膜と、
電解液と、
前記酸化電極及び前記二酸化炭素還元電極に接続された電源と、を備える
二酸化炭素還元装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、一酸化炭素の製造方法、二酸化炭素還元電極及び二酸化炭素還元装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素を還元して一酸化炭素を製造する方法において、金、銀等の貴金属を二酸化炭素還元触媒として用いることがある。
例えば、特許文献１、及び、特許文献２では金ナノ粒子を触媒として用いた例が示されている。
一方で、近年は卑金属に含窒素化合物を配位させた錯体触媒が注目されている。
非特許文献１には、コバルトフタロシアニンを触媒として用いて二酸化炭素を一酸化炭素へと変換する方法が記載されている。
非特許文献２には、同一分子内にニッケルサイクラムを２つ有する錯体を触媒として用いて二酸化炭素を一酸化炭素へと変換する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
Nature, 2019, 575, 640
Green Chem., 2018, 20, 798-803
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－１４７６７７号公報
特表２０２２－５１０８４２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及び２に記載されたような、貴金属触媒は高価でありコストの増加が懸念される。一方で、非特許文献１及び２に記載されたような卑金属を有する錯体を二酸化炭素還元触媒として用いた一酸化炭素の製造方法においては、副生成物が多く発生しやすく、一酸化炭素選択性が低い傾向にある。
【０００６】
本開示の一実施形態が解決しようとする課題は、卑金属錯体を触媒として用いた一酸化炭素選択性が高い一酸化炭素の製造方法を提供することである。
本開示の他の一実施形態が解決しようとする課題は、一酸化炭素選択性が高い二酸化炭素還元電極を提供することである。
本開示の他の一実施形態が解決しようとする課題は、一酸化炭素選択性が高い二酸化炭素還元装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段には、以下の手段が含まれる。
＜１＞下記式（１）で表される二酸化炭素還元触媒の存在下で、二酸化炭素と水とを反応させる工程を含む、一酸化炭素の製造方法。
【０００８】
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2025123180000001.jpg
85
95
（式（１）中、Ｒ
１
は水素原子又は置換基を表し、複数あるＲ
１
は、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、隣り合う２つのＲ
１
は互いに結合して環を形成してもよく、Ｐ
１
は芳香環を１つ以上含む２価の基を表し、Ｑ
１
及びＱ
２
は芳香環を１つ以上含む１価の基を表し、Ｑ
１
及びＱ
２
は互いに結合して環構造を形成してもよく、Ｍはコバルト原子、ニッケル原子、又は亜鉛原子を表し、ａは２以上４以下の整数であり、複数あるＭはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｘは対イオン又は中性分子であり、ｂは０以上の整数であり、Ｘを複数有する場合は、それぞれ同一でも異なっていてもよく、Ｏは酸素原子であり、少なくとも１つのＭと結合する。）
【０００９】
＜２＞前記Ｐ
１
が、下記式（Ｐ
ａ
）、下記式（Ｐ
ｂ
）又は下記式（Ｐ
ｃ
）で表される２価の基である＜１＞に記載の一酸化炭素の製造方法。
【００１０】
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52
87
（式（Ｐ
ａ
）～式（Ｐ
ｃ
）中、Ｒは水素原子又は置換基を表し、隣り合う２つのＲ同士は互いに結合して環構造を形成してもよく、複数あるＲは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、隣り合う２つのＲは互いに結合して環を形成してもよく、Ｙは下記に示す基のいずれかであり、複数あるＹは、それぞれ同一であっても異なっていてもよく、Ｚはアルキレン基又はアリーレン基を表し、＊は、結合手を表す。）
（【００１１】以降は省略されています）

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