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公開番号2025151272
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-09
出願番号2024052605
出願日2024-03-28
発明の名称触媒材料およびその利用
出願人ノリタケ株式会社
代理人個人,個人
主分類B01J 23/755 20060101AFI20251002BHJP(物理的または化学的方法または装置一般)
要約【課題】優れた触媒性能を持つ触媒材料を提供すること。
【解決手段】ここに開示される触媒材料は、Ni元素を主体とするNi粒子を含み、上記Ni粒子は、O元素を含有し、不活性ガス融解-非分散型赤外線吸収法による元素分析に基づく、上記触媒材料に含まれる上記Ni粒子全量に対するO元素の含有率は2mass%以上5mass%以下であり、X線光電子分光法により測定される上記Ni粒子表面の光電子スペクトルにおいて、Ni2p軌道を示す領域における金属NiとNiOとNi(OH)₂の合計ピーク面積に対する、上記金属Niのピーク面積の比率が20%以上40%以下である。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
Ｎｉ元素を主体とするＮｉ粒子を含む触媒材料であって、
前記Ｎｉ粒子は、Ｏ元素を含有し、
不活性ガス融解－非分散型赤外線吸収法による元素分析に基づく、前記触媒材料に含まれる前記Ｎｉ粒子全量に対するＯ元素の含有率は２ｍａｓｓ％以上５ｍａｓｓ％以下であり、
Ｘ線光電子分光法により測定される前記Ｎｉ粒子表面の光電子スペクトルにおいて、Ｎｉ２ｐ軌道を示す領域における金属ＮｉとＮｉＯとＮｉ（ＯＨ）
２
の合計ピーク面積に対する、前記金属Ｎｉのピーク面積の比率が２０％以上４０％以下である、触媒材料。
続きを表示（約 560 文字）【請求項２】
前記Ｎｉ粒子の表面に酸化被膜をさらに備える、請求項１に記載の触媒材料。
【請求項３】
電界放出型走査電子顕微鏡観察に基づく、前記Ｎｉ粒子の平均粒子径が１５０ｎｍ以下である、請求項１に記載の触媒材料。
【請求項４】
６４ＭＰａの圧力で一軸プレスした際に得られる、前記Ｎｉ粒子の体積抵抗率が５０００Ω・ｃｍ以下である、請求項１に記載の触媒材料。
【請求項５】
前記Ｎｉ粒子はＦｅ元素をさらに含有する、請求項１に記載の触媒材料。
【請求項６】
誘導結合プラズマ発光分光分析法における、ＦｅとＮｉとの合計に対するＦｅの質量濃度が５ｍａｓｓ％以下である、請求項５に記載の触媒材料。
【請求項７】
請求項１に記載の触媒材料を含む、電極。
【請求項８】
酸素発生極として用いられる、請求項７に記載の電極。
【請求項９】
アニオン交換膜と、該アニオン交換膜上に配置された触媒層と、を備え、
前記触媒層は、請求項１に記載の触媒材料を含む、膜電極接合体。
【請求項１０】
請求項８に記載の電極または請求項９に記載の膜電極接合体を備える、水電解装置。
（【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】
ここに開示される技術は、触媒材料およびその利用に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
エネルギー問題や環境問題の観点から、再生可能エネルギーを電力に変換する技術（太陽電池や風力発電など）が種々提案されている。しかし、再生可能エネルギーを電力の状態で貯蔵すると、大規模な蓄電設備が必要になるため、設備コストが高騰する原因になる。そこで、近年では、電力を使用して水系電解液（アルカリ水溶液など）を酸素と水素に分解する水電解装置が提案されている。これによって、再生可能エネルギーを有用ガスに変換できるため、再生可能エネルギーの貯蔵に要する設備コストを低減できる。
【０００３】
近年は、水電解装置の需要の高まりとともに、該水電解装置に用いられる触媒材料への要求が高まっている。かかる技術に関連して、例えば特許文献１には、タングステン酸化物からなる酸素発生反応用触媒に関する技術が開示されている。また、特許文献２には、貴金属酸化物層により少なくとも部分的に被覆されている酸化スズ粒子を含む触媒組成物に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－１８６７５０号公報
特表２０２０－５００６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した特許文献１および２のように、従来の触媒材料は、レアメタルや貴金属などの高価な金属を用いる場合が多い。一方、金属ニッケルは安価で入手が容易である一方、十分な触媒活性が得られず、触媒材料として用いるには改良の余地が残されていた。
【０００６】
ここに開示される技術は上述した事情に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、優れた触媒性能を持つ触媒材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示される触媒材料は、Ｎｉ元素を主体とするＮｉ粒子を含む触媒材料であって、上記Ｎｉ粒子は、Ｏ元素を含有し、不活性ガス融解－非分散型赤外線吸収法による元素分析に基づく、上記触媒材料に含まれる上記Ｎｉ粒子全量に対するＯ元素の含有率は２ｍａｓｓ％以上５ｍａｓｓ％以下であり、Ｘ線光電子分光法により測定される上記Ｎｉ粒子表面の光電子スペクトルにおいて、Ｎｉ２ｐ軌道を示す領域における金属ＮｉとＮｉＯとＮｉ（ＯＨ）
２
の合計ピーク面積に対する、上記金属Ｎｉのピーク面積の比率が２０％以上４０％以下であることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、まず、上記Ｎｉ粒子全量に対するＯ元素の含有率を上記範囲に制御することにより、Ｎｉ粒子に十分な触媒活性が得られる。さらに、Ｎｉ粒子表面の金属ＮｉとＮｉＯとＮｉ（ＯＨ）
２
の合計ピーク面積に対する、上記金属Ｎｉのピーク面積の比率を上記範囲に制御することにより、Ｎｉ粒子表面におけるＮｉ金属の十分な露出が得られるため良好な電子伝導性が得られる。これにより、触媒活性と電子伝導性が両立し、触媒性能に優れたＮｉ粒子を実現することができる。
【０００９】
ここに開示される触媒材料の好ましい一態様では、上記Ｎｉ粒子の表面に酸化被膜をさらに備える。かかる構成によれば、好適に触媒活性が得られる。
【００１０】
ここに開示される触媒材料の好ましい一態様では、電界放出型走査電子顕微鏡観察に基づく、上記Ｎｉ粒子の平均粒子径が１５０ｎｍ以下である。かかる構成によれば、高い触媒活性を得ることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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