电解装置用电极、电解装置及生成电解生成物的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种阴极电极，所述阴极电极通过使用具有含有催化剂粒子的一部分乃至催化剂粒子的全部的结构(含有催化剂的结构)的碳纤维，来提高催化剂粒子与碳纤维之间的粘合性，由此可以高效地生成电解生成物。本发明专利技术提供一种电解装置用电极，所述电极在将电解反应物还原而生成电解生成物的电化学反应中，能够高效地发挥催化剂的性能。具体而言，通过在阴极电极中使用具有含有催化剂粒子的一部分乃至催化剂粒子的全部的结构的碳纤维，使得催化剂粒子的粘接力飞跃性地提高，从而能够高效地生成电解生成物。

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.

【技术实现步骤摘要】
电解装置用电极、电解装置及生成电解生成物的方法
本公开涉及一种阴极电极及使用该电极的电解生成物的生成方法，所述阴极电极具有以下区域，在所述区域中碳纤维具有含有催化剂粒子的一部分乃至催化剂粒子的全部的结构。
技术介绍
出于增大用于电化学反应的催化剂的比表面积，提高催化剂单位重量的反应效率的目的，一直在开发将催化剂形成微粒状并使其担载于碳等载体的技术。专利文献1中公开了一种通过电化学的方法在碳管膜的表面担载含有二氧化碳分解催化剂的微粒，并用于二氧化碳的电化学还原的方法。专利文献2中公开了一种利用胶体法在碳纳米纤维的表面担载电池用催化剂的方法。专利文献3中公开了一种通过热处理在碳材料的表面上担载过渡金属的方法。现有技术文献专利文献1：(日本)特开2010-255018号公报专利文献2：国际公开第2009/003848号专利文献3：(日本)特开2002-83604号公报专利文献4：(日本)特开2012-209193号公报专利文献5：国际公开第2009/140381号专利文献6：(日本)特开2010-118269号公报专利文献7：美国专利申请公开第2011/0143253号说明书
技术实现思路
专利技术所要解决的课题专利文献1、2及3所公开的方法中，由于仅在碳材料的表面担载催化剂，所以存在催化剂与碳材料的粘合性低，不能充分发挥催化剂粒子的性能的课题。特别是，如果根据专利文献1所公开的二氧化碳的电化学还原结果评估电流效率，则催化剂所带来的作为电解生成物的烃的电流效率为8.5％，比使用催化剂自身时的电流效率(40～50％)低。因此，本专利技术的目的在于，提供一种阴极电极，所述阴极电极使用具有含有催化剂的结构的碳纤维，并通过提高催化剂粒子与碳纤维的粘合性，能够高效地生成电解生成物，其中，“含有催化剂的结构”是指含有催化剂粒子的一部分乃至催化剂粒子的全部的结构。用于解决课题的方案本专利技术提供一种使用电解装置将反应物电化学还原生成生成物的方法，所述方法具备以下工序：工序(a)：准备具有阴极槽、阳极槽、阴极电极、阳极电极及固体电解质膜的电解装置；其中，所述阴极电极含有碳纤维，所述碳纤维含有第一催化剂粒子及第二催化剂粒子，在所述碳纤维的内部填充有碳，所述第一催化剂粒子的至少一部分位于所述碳纤维的表面，所述第二催化剂粒子位于所述碳纤维的内部，且被填充于所述碳纤维的内部的碳所包围，所述阳极电极具有由金属或金属化合物形成的区域，在所述阴极槽的内部保持第一电解液，在所述阳极槽的内部保持第二电解液，所述阴极电极与所述第一电解液接触，所述阳极电极与所述第二电解液接触，所述第一电解液含有所述反应物，且所述固体电解质膜将阳极槽和阴极槽分离开；以及、工序(b)：在所述阳极电极和所述阴极电极之间施加电压，通过所述第一催化剂粒子及第二催化剂粒子中的至少一者来还原所述反应物。专利技术效果本公开的在阴极电极中使用了具有含有催化剂的结构的碳纤维的电解装置可以高效地生成电解生成物。附图说明图1是示出本专利技术实施方式1的电解装置的图。图2是示出本专利技术实施方式2的电解装置的图。图3是示出实施例中的碳纤维的前处理条件的图。图4A是碳纤维表面的扫描电子显微镜照片。图4B是碳纤维表面的透射电子显微镜照片。图5是示出实施例1中的电解后的碳纤维的表面的图。图6A是比较例2中的实验前的扫描电子显微镜照片。图6B是比较例2中的实验后的扫描电子显微镜照片。图7是示出实施例及比较例的生成物的单位时间的生成量的图表。图8A是示出使用金粒子时单位时间的一氧化碳生成量的图表。图8B是示出使用氧化镓粒子时单位时间的甲酸生成量的图表。图8C是示出使用铂粒子时单位时间的氢气生成量的图表。图9A是碳纤维20的示意图。图9B是沿着线9B-9B切断的剖面图。附图标记说明100、200电解装置11第一电解液12阴极槽13阴极电极14第二电解液15阳极槽16固体电解质膜17阳极电极18外部电源19参比电极1管具体实施方式以下，使用本专利技术的实施方式并参照附图对本专利技术进行详细说明。(实施方式1)图1是本专利技术实施方式1的电解装置100，是用于由电解反应物生成电解生成物的电解装置，所述电解装置具备：阴极槽12，其用于容纳含有电解反应物的第一电解液11；作为阴极电极的电解装置用电极13，其设置于所述阴极槽的内部且与所述第一电解液接触，所述电解装置用电极13具有碳纤维区域，该碳纤维具有含有催化剂粒子的一部分乃至催化剂粒子的全部的结构；固体电解质膜16，其将上述阴极槽和用于收容第二电解液14的阳极槽15分离开；阳极电极17，其设置于上述阳极槽的内部且与上述第二电解液接触，所述阳极电极具有金属或金属化合物区域；以及外部电源18，其用于施加电压，以使上述阴极电极相对于上述阳极电极的电位成为负电位。根据上述实施方式1，能够得到电解生成物。(实施方式2)图2是本专利技术实施方式2的电解装置200，是用于由电解反应物生成电解生成物，所述电解装置具备：阴极槽12，其用于收容含有电解反应物的第一电解液11；作为阴极电极的电解装置用电极13，其设置于上述阴极槽的内部且与上述第一电解液接触，所述电解装置用电极13具有碳纤维区域，该碳纤维具有含有催化剂粒子的一部分乃至催化剂粒子的全部的结构；固体电解质膜16，其将上述阴极槽和用于收容第二电解液14的阳极槽15分离开；阳极电极17，其设置于上述阳极槽的内部且与上述第二电解液接触，所述阳极电极具有金属或金属化合物区域；外部电源18，其用于施加电压，以使上述阴极电极相对于上述阳极电极的电位成为负电位；以及参比电极19，其设置于上述阴极槽的内部且与上述第一电解液接触。根据上述实施方式2，通过控制阴极电极的电位，可以抑制电解反应，可以消除阳极电极侧的经时变化的影响，因此适合作为电解装置。如图1、2所示，电解装置也可以在阴极槽内具有管。关于气体状的电解反应物，可通过管向第一电解液供给电解反应物。作为气体状的电解反应物的例子，可举出氧气、二氧化碳等。另外，在水等液体或固体状的电解反应物的情况下，也可通过副管供给惰性气体来抑制副反应。管的一端被浸渍于第一电解液。另外，也可以具有用于监测电解反应物的还原反应的情况的电压测定装置及电流测定装置。阴极电极具有如下区域，在该区域中具有碳纤维含有催化剂粒子的一部分乃至催化剂的全部的结构(含有催化剂的结构)。催化剂粒子可由金属、氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物、氮化物、硫化物等构成。作为该催化剂粒子的具体例，可举出铂、金、银、铜或它们的化合物。此外，上述催化剂粒子不限于采用上述示例的物质，只要能够通过经由上述催化剂粒子的催化剂作用得到电解生成物，就不限定其结构。作为催化剂粒子的粒径，可以在不超出碳纤维的纤维径的范围内自由设定。从催化剂的比表面积的观点出发，催化剂粒子的直径优选为1μm以下。更优选为100nm以下。另外，关于碳纤维的纤维径，可以在不小于催化剂粒子的粒径的范围内自由设定，但从上述的比表面积的观点出发，碳纤维的纤维径优选为10μm以下，更优选为1μm以下。同样，碳纤维中的催化剂粒子浓度也可以自由设定。碳纤维中的催化剂粒子浓度越浓，在碳纤维表面露出的粒子的表面积也越大，因此，催化剂活性提高。但是，如果浓度过浓，则碳纤维的强度降低，成为催化剂活性降低的原因。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用电解装置将反应物电化学还原生成生成物的方法，所述方法具备以下工序：工序(a)：准备具有阴极槽、阳极槽、阴极电极、阳极电极及固体电解质膜的电解装置；其中，所述阴极电极含有碳纤维，所述碳纤维含有第一催化剂粒子及第二催化剂粒子，在所述碳纤维的内部填充有碳，所述第一催化剂粒子的至少一部分位于所述碳纤维的表面，所述第二催化剂粒子位于所述碳纤维的内部，且被填充于所述碳纤维内部的碳所包围，所述阳极电极具有由金属或金属化合物形成的区域，在所述阴极槽的内部保持第一电解液，在所述阳极槽的内部保持第二电解液，所述阴极电极与所述第一电解液接触，所述阳极电极与所述第二电解液接触，所述第一电解液含有所述反应物，且所述固体电解质膜将阳极槽和阴极槽分离开；以及工序(b)：在所述阳极电极和所述阴极电极之间施加电压，通过所述第一催化剂粒子及第二催化剂粒子中的至少一者来还原所述反应物。

【技术特征摘要】
2015.12.15 JP 2015-2440591.一种使用电解装置将反应物电化学还原生成生成物的方法，所述方法具备以下工序：工序(a)：准备具有阴极槽、阳极槽、阴极电极、阳极电极及固体电解质膜的电解装置；其中，所述阴极电极含有碳纤维，所述碳纤维含有第一催化剂粒子及第二催化剂粒子，在所述碳纤维的内部填充有碳，所述第一催化剂粒子的至少一部分位于所述碳纤维的表面，所述第二催化剂粒子位于所述碳纤维的内部，且被填充于所述碳纤维内部的碳所包围，所述阳极电极具有由金属或金属化合物形成的区域，在所述阴极槽的内部保持第一电解液，在所述阳极槽的内部保持第二电解液，所述阴极电极与所述第一电解液接触，所述阳极电极与所述第二电解液接触，所述第一电解液含有所述反应物，且所述固体电解质膜将阳极槽和阴极槽分离开；以及工序(b)：在所述阳极电极和所述阴极电极之间施加电压，通过所述第一催化剂粒子及第二催化剂粒子中的至少一者来还原所述反应物。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一催化剂粒子及所述第二催化剂粒子具有100纳米以下的平均粒径。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一催化剂粒子和所述第二催化剂粒子的合计相对于所述碳纤维的重量比为5％以上且20％以下。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电解装置还具备银/氯化银参比电极。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述区域由选自碳、铂、金、银、铜、钛、铱氧化物及它们的合金中的至少一种物质形成。6.一种用于将反应物电化学还原生成生成物的电解装置，具备阴极槽、阳极槽、阴极电极、阳极电极、固体电解质膜及电源，其中，所述阴极电极含有碳纤维，所述碳纤维含有第一催化...

【专利技术属性】
技术研发人员：羽柴宽，四桥聪史，出口正洋，吉冈祐树，山口贵义，中村太一，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP