催化剂及其制造方法、阴极、离子交换膜-电极接合体以及固体电解质型电解装置

本发明的技术涉及催化剂及其制造方法、阴极、离子交换膜-电极接合体以及固体电解质型电解装置。

背景技术：

1、二氧化碳在从化石燃料等提取出能量时被排出。可以说大气中的二氧化碳浓度的上升是全球气候变暖的原因之一。由于二氧化碳是极其稳定的物质，因此目前几乎没有利用的途径。然而，也有全球气候变暖越来越严重这样的时代要求，需求一种用于将二氧化碳转化为其他物质而再次资源化的新的技术。例如，人们正在进行可直接还原气相二氧化碳的二氧化碳还原型装置的开发。

2、在二氧化碳还原装置中，利用高分子电解质的高分子电解质型电解装置由于能够直接还原气相的二氧化碳、并且通过使用薄膜状的高分子电解质而能够充分降低离子的迁移阻力，因而备受关注。二氧化碳还原用阴极通常含有催化剂微粒、导电性载体和离子交换树脂的混合物，对于这些成分进行了各种研究。

3、例如，在非专利文献1中，公开了金属与氮原子配位且担载于碳上的含有氮的碳系材料。另外，在非专利文献2中，公开了通过使氯化镍、五亚乙基六胺、氧化石墨烯分散于乙醇中，并在将溶剂蒸发后于900℃煅烧45秒而合成含有氮的碳系材料，将该含有氮的碳系材料用于co2电解还原时，高选择性地生成co。

4、现有技术文献

5、非专利文献

6、非专利文献1：kun jiang,samira siahrostami,tingting zheng,yongfeng hu,sooyeon hwang,eli stavitski,yande peng,james dynes,mehash gangisetty,dong su,klaus attenkofer and haotian wang,energy environ.sci.2018,11,893-903

7、非专利文献2：panpan su,kazuyuki iwase,shujinakanishi,kazuhitohashimoto,and kazuhide kamiya,small 2016,12,44,6083–6089

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、然而，在非专利文献1和2所公开的催化剂中，电解活性低，co2的还原反应速度慢。

3、本发明的技术是鉴于以上情况而完成的，本发明技术的课题的目的在于提供电解活性较高、co2的还原反应速度快的催化剂、阴极、离子交换膜-电极接合体及固体电解质型电解装置。

4、用于解决问题的技术方案

5、＜1＞催化剂，其具有：

6、选自铜离子、镍离子、铁离子、钴离子、锌离子、锰离子、钼离子和铝离子中的金属离子；

7、含氮化合物；和

8、包含碳且一次粒径为5～200nm的载体，

9、其中，所述金属离子与所述含氮化合物上的氮原子配位，

10、与所述氮原子配位了的所述金属离子的含量为0.7质量％以上，

11、所述催化剂的粒径为10nm～50μm。

12、＜2＞阴极，其具有催化剂层和气体扩散层，所述催化剂层包含根据＜1＞所述的催化剂。

13、＜3＞离子交换膜-电极接合体，其具有根据＜2＞所述的阴极、固体电解质和阳极。

14、＜4＞根据＜3＞所述的离子交换膜-电极接合体，其中所述固体电解质为阴离子交换膜。

15、＜5＞固体电解质型电解装置，其具有：

16、根据＜2＞所述的阴极、

17、与所述阴极构成一对电极的阳极、

18、以接触状态介于所述阴极与所述阴极之间的固体电解质、和

19、在所述阴极与所述阳极之间施加电压的电压施加部。

20、＜6＞根据＜5＞所述的固体电解质型电解装置，其中所述固体电解质为阴离子交换膜。

21、＜7＞根据＜1＞所述的催化剂的制造方法，其具有：

22、混合工序，其将选自铜离子、镍离子、铁离子、钴离子、锌离子、锰离子、钼离子和铝离子中的金属离子、含氮化合物、以及包含碳且一次粒径为5～200nm的载体混合而得到混合物，和

23、煅烧工序，其将所得到的混合物煅烧而得到煅烧物。

24、发明效果

25、根据本发明的技术，可以提供电解活性高、co2的还原反应速度快的催化剂、阴极、离子交换膜-电极接合体和固体电解质型电解装置。

26、附图的简单说明

27、图1是本实施方式中适合使用的离子交换膜-电极接合体的示意图。

28、图2是本实施方式中适合使用的固体电解质型电解装置的示意图。

技术特征：

1.催化剂，其具有：

2.阴极，其具有催化剂层和气体扩散层，所述催化剂层包含根据权利要求1所述的催化剂。

3.离子交换膜-电极接合体，其具有根据权利要求2所述的阴极、固体电解质和阳极。

4.根据权利要求3所述的离子交换膜-电极接合体，其中所述固体电解质为阴离子交换膜。

5.固体电解质型电解装置，其具有：

6.根据权利要求5所述的固体电解质型电解装置，其中所述固体电解质为阴离子交换膜。

7.根据权利要求1所述的催化剂的制造方法，其具有：

技术总结提供电解活性高、CO<subgt;2</subgt;的还原反应速度快的催化剂及其制造方法、阴极、离子交换膜‑电极接合体和固体电解质型电解装置。所述催化剂具有：选自铜离子、镍离子、铁离子、钴离子、锌离子、锰离子、钼离子和铝离子中的金属离子、含氮化合物、和包含碳且一次粒径为5～200nm的载体，其中，所述金属离子与所述含氮化合物上的氮原子配位，与所述氮原子配位了的所述金属离子的含量为0.7质量％以上，所述催化剂的粒径为10nm～50μm。技术研发人员：神谷和秀,杉本梨乃,贾庆鑫,兼古宽之受保护的技术使用者：国立大学法人大阪大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17