電解裝置用電極、電解裝置及生成電解生成物的方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種陰極電極，所述陰極電極通過使用具有含有催化劑粒子的一部分乃至催化劑粒子的全部的結構(含有催化劑的結構)的碳纖維，來提高催化劑粒子與碳纖維之間的粘合性，由此可以高效地生成電解生成物。本發明專利技術提供一種電解裝置用電極，所述電極在將電解反應物還原而生成電解生成物的電化學反應中，能夠高效地發揮催化劑的性能。具體而言，通過在陰極電極中使用具有含有催化劑粒子的一部分乃至催化劑粒子的全部的結構的碳纖維，使得催化劑粒子的粘接力飛躍性地提高，從而能夠高效地生成電解生成物。

Electrode for electrolysis device, electrolytic device and method for producing electrolytic product

The present invention provides a cathode electrode, the cathode electrode by using a particle containing catalyst particles and catalyst are part of the structure (structure containing catalyst) of carbon fiber to improve the adhesion between catalyst particles and carbon fibers, which can efficiently generate electrolytic product. The present invention provides an electrode for an electrolytic device capable of efficiently performing a catalyst in an electrochemical reaction to reduce an electrolytic reactant to an electrolytic product. Specifically, through the use of carbon fiber in the cathode electrode with particles containing catalyst particles and catalyst are part of the structure, making the leap to increase adhesion of catalyst particles, which can efficiently generate electrolytic product.

【技術實現步驟摘要】
電解裝置用電極、電解裝置及生成電解生成物的方法
本公開涉及一種陰極電極及使用該電極的電解生成物的生成方法，所述陰極電極具有以下區域，在所述區域中碳纖維具有含有催化劑粒子的一部分乃至催化劑粒子的全部的結構。
技術介紹
出于增大用于電化學反應的催化劑的比表面積，提高催化劑單位重量的反應效率的目的，一直在開發將催化劑形成微粒狀并使其擔載于碳等載體的技術。專利文獻1中公開了一種通過電化學的方法在碳管膜的表面擔載含有二氧化碳分解催化劑的微粒，并用于二氧化碳的電化學還原的方法。專利文獻2中公開了一種利用膠體法在碳納米纖維的表面擔載電池用催化劑的方法。專利文獻3中公開了一種通過熱處理在碳材料的表面上擔載過渡金屬的方法。現有技術文獻專利文獻1：(日本)特開2010-255018號公報專利文獻2：國際公開第2009/003848號專利文獻3：(日本)特開2002-83604號公報專利文獻4：(日本)特開2012-209193號公報專利文獻5：國際公開第2009/140381號專利文獻6：(日本)特開2010-118269號公報專利文獻7：美國專利申請公開第2011/0143253號說明書
技術實現思路
專利技術所要解決的課題專利文獻1、2及3所公開的方法中，由于僅在碳材料的表面擔載催化劑，所以存在催化劑與碳材料的粘合性低，不能充分發揮催化劑粒子的性能的課題。特別是，如果根據專利文獻1所公開的二氧化碳的電化學還原結果評估電流效率，則催化劑所帶來的作為電解生成物的烴的電流效率為8.5％，比使用催化劑自身時的電流效率(40～50％)低。因此，本專利技術的目的在于，提供一種陰極電極，所述陰極電極使用具有含有催化劑的結構的碳纖維，并通過提高催化劑粒子與碳纖維的粘合性，能夠高效地生成電解生成物，其中，“含有催化劑的結構”是指含有催化劑粒子的一部分乃至催化劑粒子的全部的結構。用于解決課題的方案本專利技術提供一種使用電解裝置將反應物電化學還原生成生成物的方法，所述方法具備以下工序：工序(a)：準備具有陰極槽、陽極槽、陰極電極、陽極電極及固體電解質膜的電解裝置；其中，所述陰極電極含有碳纖維，所述碳纖維含有第一催化劑粒子及第二催化劑粒子，在所述碳纖維的內部填充有碳，所述第一催化劑粒子的至少一部分位于所述碳纖維的表面，所述第二催化劑粒子位于所述碳纖維的內部，且被填充于所述碳纖維的內部的碳所包圍，所述陽極電極具有由金屬或金屬化合物形成的區域，在所述陰極槽的內部保持第一電解液，在所述陽極槽的內部保持第二電解液，所述陰極電極與所述第一電解液接觸，所述陽極電極與所述第二電解液接觸，所述第一電解液含有所述反應物，且所述固體電解質膜將陽極槽和陰極槽分離開；以及、工序(b)：在所述陽極電極和所述陰極電極之間施加電壓，通過所述第一催化劑粒子及第二催化劑粒子中的至少一者來還原所述反應物。專利技術效果本公開的在陰極電極中使用了具有含有催化劑的結構的碳纖維的電解裝置可以高效地生成電解生成物。附圖說明圖1是示出本專利技術實施方式1的電解裝置的圖。圖2是示出本專利技術實施方式2的電解裝置的圖。圖3是示出實施例中的碳纖維的前處理條件的圖。圖4A是碳纖維表面的掃描電子顯微鏡照片。圖4B是碳纖維表面的透射電子顯微鏡照片。圖5是示出實施例1中的電解后的碳纖維的表面的圖。圖6A是比較例2中的實驗前的掃描電子顯微鏡照片。圖6B是比較例2中的實驗后的掃描電子顯微鏡照片。圖7是示出實施例及比較例的生成物的單位時間的生成量的圖表。圖8A是示出使用金粒子時單位時間的一氧化碳生成量的圖表。圖8B是示出使用氧化鎵粒子時單位時間的甲酸生成量的圖表。圖8C是示出使用鉑粒子時單位時間的氫氣生成量的圖表。圖9A是碳纖維20的示意圖。圖9B是沿著線9B-9B切斷的剖面圖。附圖標記說明100、200電解裝置11第一電解液12陰極槽13陰極電極14第二電解液15陽極槽16固體電解質膜17陽極電極18外部電源19參比電極1管具體實施方式以下，使用本專利技術的實施方式并參照附圖對本專利技術進行詳細說明。(實施方式1)圖1是本專利技術實施方式1的電解裝置100，是用于由電解反應物生成電解生成物的電解裝置，所述電解裝置具備：陰極槽12，其用于容納含有電解反應物的第一電解液11；作為陰極電極的電解裝置用電極13，其設置于所述陰極槽的內部且與所述第一電解液接觸，所述電解裝置用電極13具有碳纖維區域，該碳纖維具有含有催化劑粒子的一部分乃至催化劑粒子的全部的結構；固體電解質膜16，其將上述陰極槽和用于收容第二電解液14的陽極槽15分離開；陽極電極17，其設置于上述陽極槽的內部且與上述第二電解液接觸，所述陽極電極具有金屬或金屬化合物區域；以及外部電源18，其用于施加電壓，以使上述陰極電極相對于上述陽極電極的電位成為負電位。根據上述實施方式1，能夠得到電解生成物。(實施方式2)圖2是本專利技術實施方式2的電解裝置200，是用于由電解反應物生成電解生成物，所述電解裝置具備：陰極槽12，其用于收容含有電解反應物的第一電解液11；作為陰極電極的電解裝置用電極13，其設置于上述陰極槽的內部且與上述第一電解液接觸，所述電解裝置用電極13具有碳纖維區域，該碳纖維具有含有催化劑粒子的一部分乃至催化劑粒子的全部的結構；固體電解質膜16，其將上述陰極槽和用于收容第二電解液14的陽極槽15分離開；陽極電極17，其設置于上述陽極槽的內部且與上述第二電解液接觸，所述陽極電極具有金屬或金屬化合物區域；外部電源18，其用于施加電壓，以使上述陰極電極相對于上述陽極電極的電位成為負電位；以及參比電極19，其設置于上述陰極槽的內部且與上述第一電解液接觸。根據上述實施方式2，通過控制陰極電極的電位，可以抑制電解反應，可以消除陽極電極側的經時變化的影響，因此適合作為電解裝置。如圖1、2所示，電解裝置也可以在陰極槽內具有管。關于氣體狀的電解反應物，可通過管向第一電解液供給電解反應物。作為氣體狀的電解反應物的例子，可舉出氧氣、二氧化碳等。另外，在水等液體或固體狀的電解反應物的情況下，也可通過副管供給惰性氣體來抑制副反應。管的一端被浸漬于第一電解液。另外，也可以具有用于監測電解反應物的還原反應的情況的電壓測定裝置及電流測定裝置。陰極電極具有如下區域，在該區域中具有碳纖維含有催化劑粒子的一部分乃至催化劑的全部的結構(含有催化劑的結構)。催化劑粒子可由金屬、氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、氮化物、硫化物等構成。作為該催化劑粒子的具體例，可舉出鉑、金、銀、銅或它們的化合物。此外，上述催化劑粒子不限于采用上述示例的物質，只要能夠通過經由上述催化劑粒子的催化劑作用得到電解生成物，就不限定其結構。作為催化劑粒子的粒徑，可以在不超出碳纖維的纖維徑的范圍內自由設定。從催化劑的比表面積的觀點出發，催化劑粒子的直徑優選為1μm以下。更優選為100nm以下。另外，關于碳纖維的纖維徑，可以在不小于催化劑粒子的粒徑的范圍內自由設定，但從上述的比表面積的觀點出發，碳纖維的纖維徑優選為10μm以下，更優選為1μm以下。同樣，碳纖維中的催化劑粒子濃度也可以自由設定。碳纖維中的催化劑粒子濃度越濃，在碳纖維表面露出的粒子的表面積也越大，因此，催化劑活性提高。但是，如果濃度過濃，則碳纖維的強度降低，成為催化劑活性降低的原因。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種使用電解裝置將反應物電化學還原生成生成物的方法，所述方法具備以下工序：工序(a)：準備具有陰極槽、陽極槽、陰極電極、陽極電極及固體電解質膜的電解裝置；其中，所述陰極電極含有碳纖維，所述碳纖維含有第一催化劑粒子及第二催化劑粒子，在所述碳纖維的內部填充有碳，所述第一催化劑粒子的至少一部分位于所述碳纖維的表面，所述第二催化劑粒子位于所述碳纖維的內部，且被填充于所述碳纖維內部的碳所包圍，所述陽極電極具有由金屬或金屬化合物形成的區域，在所述陰極槽的內部保持第一電解液，在所述陽極槽的內部保持第二電解液，所述陰極電極與所述第一電解液接觸，所述陽極電極與所述第二電解液接觸，所述第一電解液含有所述反應物，且所述固體電解質膜將陽極槽和陰極槽分離開；以及工序(b)：在所述陽極電極和所述陰極電極之間施加電壓，通過所述第一催化劑粒子及第二催化劑粒子中的至少一者來還原所述反應物。

【技術特征摘要】
2015.12.15 JP 2015-2440591.一種使用電解裝置將反應物電化學還原生成生成物的方法，所述方法具備以下工序：工序(a)：準備具有陰極槽、陽極槽、陰極電極、陽極電極及固體電解質膜的電解裝置；其中，所述陰極電極含有碳纖維，所述碳纖維含有第一催化劑粒子及第二催化劑粒子，在所述碳纖維的內部填充有碳，所述第一催化劑粒子的至少一部分位于所述碳纖維的表面，所述第二催化劑粒子位于所述碳纖維的內部，且被填充于所述碳纖維內部的碳所包圍，所述陽極電極具有由金屬或金屬化合物形成的區域，在所述陰極槽的內部保持第一電解液，在所述陽極槽的內部保持第二電解液，所述陰極電極與所述第一電解液接觸，所述陽極電極與所述第二電解液接觸，所述第一電解液含有所述反應物，且所述固體電解質膜將陽極槽和陰極槽分離開；以及工序(b)：在所述陽極電極和所述陰極電極之間施加電壓，通過所述第一催化劑粒子及第二催化劑粒子中的至少一者來還原所述反應物。2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一催化劑粒子及所述第二催化劑粒子具有100納米以下的平均粒徑。3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一催化劑粒子和所述第二催化劑粒子的合計相對于所述碳纖維的重量比為5％以上且20％以下。4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述電解裝置還具備銀/氯化銀參比電極。5.根據權利要求1所述的方法，其中，所述區域由選自碳、鉑、金、銀、銅、鈦、銥氧化物及它們的合金中的至少一種物質形成。6.一種用于將反應物電化學還原生成生成物的電解裝置，具備陰極槽、陽極槽、陰極電極、陽極電極、固體電解質膜及電源，其中，所述陰極電極含有碳纖維，所述碳纖維含有第一催化...

【專利技術屬性】
技術研發人員：羽柴寬，四橋聰史，出口正洋，吉岡祐樹，山口貴義，中村太一，
申請(專利權)人：松下知識產權經營株式會社，
類型：發明
國別省市：日本,JP