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公開番号2025091381
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-18
出願番号2024209860
出願日2024-12-03
発明の名称酸窒化物触媒および水素発生装置
出願人財團法人工業技術研究院,INDUSTRIAL TECHNOLOGY RESEARCH INSTITUTE
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類C25B 11/067 20210101AFI20250611BHJP(電気分解または電気泳動方法;そのための装置)
要約【課題】電解により水素を発生させるのに用いるアノードの活性を高めるべく、反応開始電位が低く、かつ電流活性が高い新規な非貴金属触媒組成物が求められている。
【解決手段】酸窒化物触媒はNi_aM_bN_cO_dを含み、式中、MはNb、Mn、またはCoであり、a>0、b>0、c>0、d>0、かつa+b+c+d=1である。水素発生装置は、電解質中に浸漬されているアノードおよびカソードを含み、アノードは酸窒化物触媒を含む。酸窒化物触媒は担体上に配置されてよい。酸窒化物触媒は多面体構造を有し得る。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
酸窒化物触媒であって、
Ｎｉ
a
Ｍ
b
Ｎ
c
Ｏ
d
を含み、式中、ＭはＮｂ、Ｍｎ、またはＣｏであり、
ａ＞０、ｂ＞０、ｃ＞０、ｄ＞０、かつａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１である酸窒化物触媒。
続きを表示（約 700 文字）【請求項２】
ＭはＮｂであり、０．３６５≦ａ≦０．５０２、０．００７≦ｂ≦０．１０７、０．２９０≦ｃ≦０．３８３、及び０．１４４≦ｄ≦０．２３９である、請求項１に記載の酸窒化物触媒。
【請求項３】
ＭはＭｎであり、０．１８３≦ａ≦０．４４７、０．０２７≦ｂ≦０．２７０、０．３５３≦ｃ≦０．３９３、及び０．１４７≦ｄ≦０．１９４である、請求項１に記載の酸窒化物触媒。
【請求項４】
ＭはＣｏであり、０．４０７≦ａ≦０．４７５、０．００５≦ｂ≦０．１０９、０．３８２≦ｃ≦０．４２５、及び０．０５７≦ｄ≦０．１３５である、請求項１に記載の酸窒化物触媒。
【請求項５】
前記酸窒化物触媒が多面体構造を有する、請求項１に記載の酸窒化物触媒。
【請求項６】
前記多面体構造の辺長が５ｎｍから１５０ｎｍであり、高さが５ｎｍから１５０ｎｍである、請求項５に記載の酸窒化物触媒。
【請求項７】
水素発生装置であって、
電解質中に浸漬されているアノードおよびカソードを含み、
前記アノードが請求項１に記載の酸窒化物触媒を含む、水素発生装置。
【請求項８】
前記電解質がアルカリ性または中性水溶液を含む、請求項７に記載の水素発生装置。
【請求項９】
前記電解質が水酸化カリウムまたは炭酸ナトリウムの水溶液を含む、請求項７に記載の水素発生装置。
【請求項１０】
前記酸窒化物触媒が担体上に配置される、請求項７に記載の水素発生装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本技術分野は、酸窒化物触媒材料、および酸窒化物触媒材料のアノードを有する水素発生装置に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
エネルギー不足のため、代替エネルギー源を見つけることは目下の急務であり、水素エネルギーは最良の選択の１つである。水素ガスの燃料としての使用は環境の持続可能性の要求を満たすものであり、かつ水の電解は水素と酸素を生成する最も容易な方法である。水を電解して水素を生成することには多くの利点があるが、大量のエネルギーを消費するという致命的な欠点もあり、結果としてコストが過剰にかかってしまう。過剰なエネルギー消費は過大な反応開始電位（onset potential）と関係があり、そして反応開始電位は電極、電解質、および電気化学反応の生成物に関連する。水電解の効率を高めようとするにあたり、活性化エネルギーの低減し、かつ反応界面を増加させるために、電極が極めて重要なものとなる。活性化エネルギーは電極表面の触媒によって低減され得るが、それは電極材料自体の触媒特性に左右される。
【０００３】
アルカリ水電解のプロセスにおいて、カソードおよびアノードの反応は以下に示すとおりである。
【０００４】
カソードの反応式
２Ｈ
2
Ｏ＋２ｅ
-
→Ｈ
2
＋２ＯＨ
-
（水素発生反応、ＨＥＲ）
【０００５】
アノードの反応式
２ＯＨ
-
→Ｈ
2
Ｏ＋1/2Ｏ
2
＋２ｅ
-
（酸素発生反応、ＯＥＲ）
【０００６】
アノードにおける反応は律速段階である。ＰｔまたはＩｒＯ
2
のような貴金属は最も有効な触媒電極材料であるが、非常に高価である。ＩｒＯ
2
を別の材料に置き換えて、コストを下げる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
米国特許第１０７００３７２Ｂ２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電解により水素を発生させるのに用いるアノードの活性を高めるべく、反応開始電位が低く、かつ電流活性が高い新規な非貴金属触媒組成物が求められている。さらに、当該新規な触媒組成物は、触媒活性を獲得すると同時に、コストを低減させるものである必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一実施形態は、Ｎｉ
a
Ｍ
b
Ｎ
c
Ｏ
d
を含む酸窒化物触媒を提供する。式中、ＭはＮｂ、Ｍｎ、またはＣｏであり、ａ＞０、ｂ＞０、ｃ＞０、ｄ＞０、かつａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１である。
【００１０】
いくつかの実施形態において、ＭはＮｂであり、０．３６５≦ａ≦０．５０２、０．００７≦ｂ≦０．１０７、０．２９０≦ｃ≦０．３８３、０．１４４≦ｄ≦０．２３９である。
（【００１１】以降は省略されています）

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