[發(fā)明專利]二氧化碳的還原催化劑體及其制造方法、還原電極、和還原反應(yīng)裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810192404.3
• 申請日: 2018-03-09
• 公開（公告）號: CN109518214A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 菅野義經(jīng);小野昭彥;田村淳;北川良太;元茂朝日;工藤由紀(jì);山際正和;塚越隆行;御子柴智
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社東芝
• 主分類號: C25B11/03
• 分類號: C25B11/03;C25B11/06;C25B3/04
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 吳宗頤

本發(fā)明涉及二氧化碳的還原催化劑體及其制造方法、還原電極、以及還原反應(yīng)裝置。具體地，實(shí)施方式的二氧化碳的還原催化劑體具備金屬層(4)和設(shè)置在金屬層(4)上的突起部(5)。突起部(5)由金屬微粒的凝集體構(gòu)成，且具備具有3面以上的多角形表面的多面體結(jié)構(gòu)。突起部具有還原二氧化碳的部位作為其表面的至少一部分。

本申請基于日本專利申請2017-178634(申請日：9/19/2017)，享有上述申請的優(yōu)先權(quán)。本申請通過參考上述申請而包含該申請的全部內(nèi)容。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及二氧化碳的還原催化劑體及其制造方法、還原電極、和還原反應(yīng)裝置。

背景技術(shù)

近年來，人們擔(dān)心諸如石油、煤炭等化石燃料的枯竭，并且對可持續(xù)利用的可再生能源的期待日益增加。作為可再生能源的例子，可舉出太陽能電池和風(fēng)力發(fā)電等。由于在這些例子中發(fā)電量依賴于天氣和自然條件，所以存在難以穩(wěn)定供應(yīng)電力的問題。為此，正在嘗試將由可再生能源產(chǎn)生的電力儲(chǔ)存在蓄電池中而使電力穩(wěn)定化的方法。然而，當(dāng)儲(chǔ)存電力時(shí)，存在蓄電池需要成本，而且在蓄電時(shí)產(chǎn)生損失等問題。

針對這樣的情況，使用由可再生能源產(chǎn)生的電力，將二氧化碳(CO₂)電化學(xué)還原，轉(zhuǎn)變成一氧化碳(CO)、甲酸(HCOOH)、甲醇(CH₃OH)、甲烷(CH₄)、乙酸(CH₃COOH)、乙醇(C₂H₅OH)、乙烷(C₂H₆)、乙烯(C₂H₄)等碳化合物這樣的化學(xué)物質(zhì)(化學(xué)能量)的技術(shù)受到矚目。當(dāng)把這些化學(xué)物質(zhì)儲(chǔ)存在鋼瓶或儲(chǔ)罐中時(shí)，與將電力(電能)儲(chǔ)存在蓄電池中的情況相比，具有能夠降低能量儲(chǔ)存成本，并且儲(chǔ)存損失也較少的優(yōu)點(diǎn)。

在二氧化碳的還原中，將使用還原催化劑的電極或具有還原催化劑層的電極等用作還原電極。為了活化二氧化碳的還原反應(yīng)，進(jìn)行了還原催化劑的微細(xì)結(jié)構(gòu)的改良。例如，已知有在電極基材上涂布有對二氧化碳的還原反應(yīng)顯示高活性的納米粒子催化劑的還原電極。在這樣的還原電極中，存在納米粒子催化劑的負(fù)載量有限，難以增加反應(yīng)活性點(diǎn)的問題。另外，已知有對金屬基板通過陽極氧化等進(jìn)行蝕刻而形成了多孔質(zhì)層的還原電極。在這種情況下，還原反應(yīng)通過由微粒的凝集體形成的多孔質(zhì)化的層結(jié)構(gòu)而活化。然而，由于還原電極的多孔質(zhì)層的表面在整體形狀上是平坦的，所以存在還原催化劑與含有CO₂的電解液或氣態(tài)CO₂之間的接觸次數(shù)的增加受到限制，難以提高反應(yīng)活性的問題。進(jìn)而，從催化反應(yīng)的反應(yīng)速度的觀點(diǎn)來看，存在由于向多孔質(zhì)層內(nèi)部的擴(kuò)散限速而導(dǎo)致活性低下的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的課題是，提供可以通過提高二氧化碳的還原反應(yīng)的反應(yīng)活性來提高反應(yīng)效率的二氧化碳的還原催化劑體及其制造方法、還原電極、以及還原反應(yīng)裝置。

實(shí)施方式的二氧化碳的還原催化劑體具備：

金屬層，以及

設(shè)置在上述金屬層上的突起部，上述突起部由金屬微粒的凝集體構(gòu)成，而且具備多面體結(jié)構(gòu)，上述多面體結(jié)構(gòu)具有3面以上的多角形表面；

上述突起部具有還原二氧化碳的部位作為上述表面的至少一部分。

附圖說明

[圖1]是示出實(shí)施方式的還原電極的構(gòu)成的截面圖。

[圖2]是示出將實(shí)施例1的還原電極中的還原催化劑體的表面狀態(tài)用SEM觀察的結(jié)果的SEM照片。

[圖3]是示出將實(shí)施例1的還原電極中的還原催化劑體的表面狀態(tài)用SEM觀察的結(jié)果的SEM照片。

[圖4]是示出將比較例1的還原電極中的還原催化劑體的表面狀態(tài)用SEM觀察的結(jié)果的SEM照片。