本发明专利技术的目的在于提供含有金属的团簇催化剂以及使用该团簇催化剂的二氧化碳还原用电极和二氧化碳还原装置，所述团簇催化剂以高催化活性和选择性促进和控制二氧化碳的还原反应。含有金属的团簇催化剂是用于将二氧化碳还原的催化剂，所述催化剂为含有选自金、银、铜、铂、铑、钯、镍、钴、铁、锰、铬、铱和钌中的1种金属原子(M)的团簇。
Metal containing cluster catalyst and carbon dioxide reduction electrode and carbon dioxide reduction device using the catalyst
The object of the present invention is to provide a metal-containing cluster catalyst and an electrode and a carbon dioxide reduction device for carbon dioxide reduction using the cluster catalyst, which promotes and controls the reduction reaction of carbon dioxide with high catalytic activity and selectivity. Cluster catalysts containing metals are catalysts for the reduction of carbon dioxide. The catalysts are clusters containing one metal atom (M) selected from gold, silver, copper, platinum, rhodium, palladium, nickel, cobalt, iron, manganese, chromium, iridium and ruthenium.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含有金属的团簇催化剂及使用其的二氧化碳还原用电极和二氧化碳还原装置
本专利技术涉及含有金属的团簇催化剂以及使用该团簇催化剂的二氧化碳还原用电极和二氧化碳还原装置。
技术介绍
通常，催化剂是指改变发生化学反应的物质体系的反应速度、自身不发生化学变化的物质，对特定的化学反应的选择性、反应效率因催化剂的种类(材料、形态等)不同而不同。另外，作为催化剂材料，广泛地使用金属材料，特别是从反应性良好的方面考虑，广为使用贵金属材料。例如，在专利文献1中公开了对特定反应具有选择性的贵金属催化剂。另外，近年来，也逐渐关注氧化物催化剂，在专利文献2中公开了催化活性和选择性优异的氧化物催化剂。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-090164号公报专利文献2：日本特开2007-301470号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，在二氧化碳的还原反应中，尚未能充分地控制具有选择性的化学反应，从而未能以高反应效率得到目标物。因此，希望开发能够以高选择性控制二氧化碳的还原反应的催化剂。因此，本专利技术鉴于上述课题而完成，目的在于提供一种含有金属的团簇催化剂(clustercatalyst)以及使用该团簇催化剂的二氧化碳还原用电极和二氧化碳还原装置，所述团簇催化剂能够以高催化活性和选择性促进并控制二氧化碳的还原反应。用于解决课题的手段本专利技术人为了解决上述课题而认真研究，结果发现：含有某特定金属而形成的金属团簇催化剂对于二氧化碳的还原反应显现出优异的性能。即，本专利技术的主要构成如下所述。[1]含有金属的团簇催化剂，其为用于还原二氧化碳的催化剂，上述催化剂为含有选自金、银、铜、铂、铑、钯、镍、钴、铁、锰、铬、铱和钌中的1种金属原子(M)而形成的团簇。[2]上述[1]所述的含有金属的团簇催化剂，其中，上述团簇由含有上述金属原子(M)的金属氧化物构成。[3]上述[1]或[2]所述的含有金属的团簇催化剂，其中，上述团簇由下述通式(1)表示的金属单质或金属氧化物构成。MnOm···(1)上述式(1)中，M表示上述金属原子(M)，n和m为整数，n为30以下，m利用其与n的关系表示且m/n比为0～2。[4]上述[3]所述的含有金属的团簇催化剂，其中，在上述式(1)中，m是利用其与n的关系表示且使m/n为0.5～1.5的整数。[5]上述[1]～[4]中任一项所述的含有金属的团簇催化剂，其中，上述团簇的一次粒径为0.1～3.0nm。[6]二氧化碳还原用电极，其包含上述[1]～[5]中任一项所述的含有金属的团簇催化剂。[7]二氧化碳还原装置，其具有上述[6]所述的二氧化碳还原用电极。专利技术的效果本专利技术的含有金属的团簇催化剂对二氧化碳的还原反应显现出优异的性能。附图说明图1为表示电解装置1的构成的方块图。图2(a)为表示电解池3的构成的示意图，图2(b)为表示电解池3a的构成的图。图3为表示制作本专利技术的比较例涉及的具有铜多孔体的电极时使用的电极生成装置27的整体示意图。图4为表示实施例中进行还原试验时的还原试验装置50的示意图。图5为将图4的还原试验装置50的电解池53部分(H部)放大表示的示意图。具体实施方式以下对根据本专利技术的含有金属的团簇催化剂以及使用其的二氧化碳还原用电极和二氧化碳还原装置的实施方式进行详细说明。本实施方式涉及的含有金属的团簇催化剂，其特征在于，是含有选自金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd)、镍(Ni)、钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铬(Cr)、铱(Ir)和钌(Ru)中的1种金属原子(M)的团簇。应予说明，这里所说的“团簇”为多个原子结合而成的原子团。这样的含有金属的团簇催化剂由于对二氧化碳的还原反应显现出优异的性能，因此适合用作用于将二氧化碳还原的催化剂。本实施方式涉及的团簇中所含的金属原子(M)为选自Au、Ag、Cu、Pt、Rh、Pd、Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Ir和Ru中的1种。这样的团簇(以下称为“含有金属的团簇”)对于二氧化碳的还原反应发挥优异的性能。其中，金属原子(M)从优异的还原性能的观点考虑，优选为选自Cu、Ag、Pd和Au中的1种，特别是在二氧化碳的还原反应中能够选择性地生成烃(甲烷、乙烯等)的方面，更优选为Cu。另外，含有金属的团簇只要含有上述这样的金属原子(M)，则并无特别限定，可以是由金属原子(M)的单质、含有金属原子(M)的合金、含有金属原子(M)的金属氧化物或含有金属原子(M)的复合氧化物中的任一者构成的团簇。需要说明的是，含有金属原子(M)的合金或复合氧化物只要是含有选自Au、Ag、Cu、Pt、Rh、Pd、Ni、Co、Fe、Mn、Cr、Ir和Ru中的至少1种金属原子的合金或复合氧化物即可，可以是含有从上述选择的2种以上金属原子的合金或复合氧化物、或者含有可与金属原子(M)合金化或复合化的上述以外的金属原子的合金或复合氧化物。另外，含有金属的团簇特别优选由含有金属原子(M)的金属氧化物构成。另外，含有金属的团簇优选由下述通式(1)表示的、金属原子(M)的单质或含有金属原子(M)的金属氧化物构成。MnOm···(1)上述(1)式中，M表示上述金属原子(M)，O表示氧原子。另外，n和m为整数。在上述(1)式中，n优选为30以下，更优选为15以下。另外，n优选6以上，更优选为9以上。通过使其成为上述范围，从而能够在进行团簇尺寸的控制的同时进行氧化度(价数)的控制。另外，上述(1)式中，m用其与n的关系表示，优选m/n之比为0～2，更优选为0.5～1.5，进一步优选为0.55～0.75。通过使其成为上述范围，能够得到团簇特有的氧化度，从而催化性能增大。应予说明，上述(1)式中，在m/n为0时，含有金属的团簇由金属原子(M)的单质构成。另外，含有金属的团簇的一次粒径优选为0.1～3.0nm，更优选为0.5～2.0nm，进一步优选为0.6～1.2nm。通过设为上述范围，从而在增大含有金属的团簇的粒子整体的表面积的同时得到团簇特有的氧化度，从而催化性能增大。应予说明，一次粒径的测定采用质量分析法(MS)、透射电子显微镜(TEM)、动态光散射法(DLS)等进行。这样的含有金属的团簇能够采用公知的方法在液相中或气相中制造。作为在液相中制造的方法，可列举出使用树枝状大分子的方法等。另外，作为在气相中制造的方法，可列举出离子溅射法、等离子体放电法、激光蒸发法(激光烧蚀)等。其中，从高效率制造含有具有特殊的价数的金属原子(M)的含有金属的团簇的观点考虑，优选采用激光烧蚀或使用树枝状大分子的方法制造。其中，所谓激光烧蚀，是通过将强激光照射于固体表面，局部成为高温的表面层蒸发，从而团簇飞散的现象。应予说明，也有时称为激光溅射。对进行激光烧蚀的装置并无特别限定，能够使用公知的装置进行。另外，对使用树枝状大分子的方法并无特别限定，能够采用公知方法进行。例如，可以通过将包含树枝状大分子的溶液和与目标物即含有金属的团簇对应的金属化合物的溶液混合，合成树枝状大分子的金属络合物，并采用如下方法生成金属团簇：(1)通过使用硼氢化钠等还原剂的还原、电化学还原、光化学还原等将上述金属络合物还原而在树枝状大分子上使金属析出的方法；(2)将包含上述树枝状大分子金属络合物的溶液加热而将溶剂除去，从而本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.含有金属的团簇催化剂，其为用于将二氧化碳还原的催化剂，所述催化剂是含有选自金、银、铜、铂、铑、钯、镍、钴、铁、锰、铬、铱和钌中的1种金属原子(M)而形成的团簇。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.28 JP 2016-0646111.含有金属的团簇催化剂，其为用于将二氧化碳还原的催化剂，所述催化剂是含有选自金、银、铜、铂、铑、钯、镍、钴、铁、锰、铬、铱和钌中的1种金属原子(M)而形成的团簇。2.根据权利要求1所述的含有金属的团簇催化剂，其中，所述团簇由含有所述金属原子(M)的金属氧化物构成。3.根据权利要求1或2所述的含有金属的团簇催化剂，其中，所述团簇由下述通式(1)表示的金属单质或金属氧化物构成：MnOm···(...
【专利技术属性】
技术研发人员：风间吉则，会泽英树，谷俊夫，稻森康次郎，
申请(专利权)人：古河电气工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP
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