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公開番号2025129863
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-05
出願番号2024026797
出願日2024-02-26
発明の名称電気化学システム、及びカルボニル化合物の製造方法
出願人積水化学工業株式会社
代理人個人,個人
主分類C25B 9/00 20210101AFI20250829BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】目的とするカルボニル化合物を長期にわたって高い選択率で合成することができ、生産効率も良好にできる。
【解決手段】、電気化学システム20は、二酸化炭素を一酸化炭素に還元する第1電極11と、第2電極12と、電解液13を備える電気化学セル10と、一酸化炭素から有機カーボネート、有機オキサレートからなる群から選択される少なくとも1種のカルボニル化合物を合成する触媒とを備え、電解液13がキノン誘導体及びアントラキノン誘導体からなる群から選択される有機レドックス種を含有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
二酸化炭素を一酸化炭素に還元する第１電極と、第２電極と、電解液を備える電気化学セルと、
一酸化炭素から有機カーボネート、有機オキサレートからなる群から選択される少なくとも１種のカルボニル化合物を合成する触媒とを備え、
前記電解液がキノン誘導体及びアントラキノン誘導体からなる群から選択される有機レドックス種を含有する、電気化学システム。
続きを表示（約 600 文字）【請求項２】
前記電解液がアルカリ金属及びアルカリ土類金属を実質的に含有しない、請求項１に記載の電気化学システム。
【請求項３】
前記有機レドックス種がキノン誘導体を含む請求項１又は２に記載の電気化学システム。
【請求項４】
前記有機レドックス種がアントラキノン誘導体を含む請求項１又は２に記載の電気化学システム。
【請求項５】
前記触媒が前記電解液に含有される請求項１又は２に記載の電気化学システム。
【請求項６】
前記触媒が前記第２電極に含有されない請求項１又は２に記載の電気化学システム。
【請求項７】
前記電気化学セルが、前記第１電極側の領域と、前記第２電極側の領域とを区画するイオン交換膜を備える請求項１又は２に記載の電気化学システム。
【請求項８】
前記第１電極が拡散電極であり、かつ前記第１電極及び前記イオン交換膜が一体となる請求項７に記載の電気化学システム。
【請求項９】
前記第２電極が拡散電極であり、前記第２電極及びイオン交換膜が一体となる請求項７に記載の電気化学システム。
【請求項１０】
前記第１電極側の領域で生成された一酸化炭素が前記第２電極側の領域に供給される請求項７に記載の電気化学システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素を原料としてカルボニル化合物を製造する電気化学システム、及びカルボニル化合物の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【背景技術】
【０００２】
二酸化炭素を電気的に還元して有価物を生成する二酸化炭素還元装置は、二酸化炭素排出量の削減及び自然エネルギーの貯蔵方法として注目され、研究開発が行われている。二酸化炭素還元は、電気化学セルを用いて行う手法が知られており、その場合、カソード側で二酸化炭素が還元されることが一般的である。また、電気化学セルのアノードを用いて、有機化合物を酸化して新たな有価物を得る方法も数多く知られている。
【０００３】
近年、二酸化炭素から有価物をより効率的に製造するために、カソードとアノードの両方を活用して、二酸化炭素から有価物を製造する方法も検討されている。例えば特許文献１には、カソードが設けられるカソード室と、アノードが設けられ、かつアルコール系化合物などの反応基質を含有する電解液が充填されたアノード室と、カソード室とアノード室とを区画するイオン輸送膜と、カソード室とアノード室を連結する連結路とを備え、電解液にさらに触媒とレドックス種が含有された電気化学セルが開示されている。特許文献１の電気化学セルでは、第１電極で二酸化炭素を一酸化炭素に還元し、生成された一酸化炭素を連結路を介してアノード室に流出させて、アノード室にて触媒とレドックス種の存在下に、一酸化炭素と反応基質からカーボネート化合物などの有価物が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０２３／０３８０９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、二酸化炭素還元装置において、レドックス種を使用してカーボネート化合物を合成する際、レドックス種としてはアルカリ金属塩などの無機金属塩を使用することが一般的である。しかしながら、アルカリ金属塩などの無機金属塩からなるレドックス種を電解液に含有させると、反応を進行させるにしたがって無機金属塩が析出し、触媒活性及び耐久性が低下したり、副反応が生成したりして、目的とするカーボネート化合物を長期にわたって高い選択率で合成することが難しいという問題がある。
また、電解液に無機金属塩が含有されると、目的生成物を電解液から分離して、精製する際の工数が増加して生産効率が低下するという問題もある。
【０００６】
そこで、本発明は、一酸化炭素から有機カーボネートなどのカルボニル化合物を電気化学反応を利用して製造するシステムにおいて、目的とするカルボニル化合物を長期にわたって高い選択率で合成することができ、生産効率も良好にできる、電気化学システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の［１］～［１６］を提供する。
［１］二酸化炭素を一酸化炭素に還元する第１電極と、第２電極と、電解液を備える電気化学セルと、
一酸化炭素から有機カーボネート、有機オキサレートからなる群から選択される少なくとも１種のカルボニル化合物を合成する触媒とを備え、
前記電解液がキノン誘導体及びアントラキノン誘導体からなる群から選択される有機レドックス種を含有する、電気化学システム。
［２］前記電解液がアルカリ金属及びアルカリ土類金属を実質的に含有しない、上記［１］に記載の電気化学システム。
［３］前記有機レドックス種がキノン誘導体を含む上記［１］又は［２］に記載の電気化学システム。
［４］前記有機レドックス種がアントラキノン誘導体を含む上記［１］～［３］のいずれかに記載の電気化学システム。
［５］前記触媒が前記電解液に含有される上記［１］～［４］のいずれかに記載の電気化学システム。
［６］前記触媒が前記第２電極に含有されない上記［１］～［５］のいずれかに記載の電気化学システム。
［７］前記電気化学セルが、前記第１電極側の領域と、前記第２電極側の領域とを区画するイオン交換膜を備える上記［１］～［６］のいずれかに記載の電気化学システム。
［８］前記第１電極が拡散電極であり、かつ前記第１電極及び前記イオン交換膜が一体となる上記［７］に記載の電気化学システム。
［９］前記第２電極が拡散電極であり、前記第２電極及びイオン交換膜が一体となる上記［７］又は［８］に記載の電気化学システム。
［１０］前記第１電極側の領域で生成された一酸化炭素が前記第２電極側の領域に供給される上記［７］～［９］のいずれかに記載の電気化学システム。
［１１］前記電解液が、前記第２電極側の領域から前記電気化学セルの外部に出されてから、前記第２電極側の領域に戻るように循環する対流を有する、上記［７］～［１０］のいずれかに記載の電気化学システム。
［１２］前記触媒が、パラジウムまたは銅からなる群から選択される金属の塩、及び、金属元素を有する活性粒子と、前記活性粒子を担持するカーボン化合物を含む触媒からなる群から少なくとも１種である上記［１］～［１１］のいずれかに記載の電気化学システム。
［１３］前記第１電極が、二酸化炭素を一酸化炭素に還元する還元触媒を含み、
前記還元触媒が、コバルト及び銀からなる群から選択される金属又は金属の塩、及び、金属元素を有する活性粒子と、前記活性粒子を担持するカーボン化合物を含む触媒からなる群から少なくとも１種である上記［１］～［１２］のいずれかに記載の電気化学システム。
［１４］前記電解液が反応基質を含有する上記［１］～［１３］のいずれかに記載の電気化学システム。
［１５］前記反応基質がアルコール系化合物である上記［１４］に記載の電気化学システム。
［１６］上記［１］～［１５］のいずれかに記載の電気化学システムにおいて、二酸化炭素から前記第１電極において一酸化炭素を合成し、得られた一酸化炭素から前記触媒により有機カーボネート及び有機オキサレートからなる群から選択される少なくとも１種のカルボニル化合物を電気化学的に合成する、カルボニル化合物の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、一酸化炭素から有機カーボネートなどのカルボニル化合物を電気化学反応を利用して製造するシステムにおいて、目的とするカルボニル化合物を長期にわたって高い選択率で合成することができ、生産効率も良好にできる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１の実施形態に係る電気化学システムを示す模式図である。
第２の実施形態に係る電気化学システムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の電気化学システム、及び電気化学システムを利用したカルボニル化合物の製造方法について図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、同じ構成を有する要素については同じ符号を付す。
（【００１１】以降は省略されています）

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