還原二氧化碳的方法技術

本發明專利技術的還原二氧化碳的方法具備以下的工序（a）和工序（b）。準備電化學電池的工序（a）。其中，上述電化學電池具備工作電極（21）、對電極（23）和槽（28）。上述槽（28）儲存有電解液（27）。上述工作電極（21）含有選自碳化鋯、碳化鉿、碳化鈮、碳化鉻和碳化鎢中的至少1種碳化物。上述電解液（27）含有二氧化碳。上述工作電極（21）和上述對電極（23）與上述電解液（27）接觸。對上述工作電極（21）和上述對電極（23）分別施加負電壓和正電壓，還原上述二氧化碳的工序（b）。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及。
技術介紹
利用催化劑的二氧化碳(CO2)的還原技術被期待作為CO2固定化和有用物質的生成技術。該還原技術是用于解決被認為今后明顯化的由溫室效果氣體引起的地球溫暖化問題的重要的手段之一。目前為止，作為使用催化劑的CO2的還原技術，研究了接觸加氫法和電化學的方法(電解還原法)。在接觸加氫法中，在高溫高壓的氣相條件下，CO2與氫(H2)進行催化反應而被還原。通過接觸加氫法，CO2能夠轉化為甲醇等有用性高的物質(專利文獻I和專利文獻2)。 在電解還原法中，即使在常溫和常壓下還原反應也進行。電解還原法不需要大規模的設備。這樣，電解還原法比上述接觸加氫法簡便。由此，電解還原法可以認為是有效CO2的還原方法之一。作為能夠使用電解還原法還原CO2的催化劑，目前為止，開發了銅(Cu)和銀(Ag)等的固體單質金屬和它們的合金材料，以及鈷(Co )、鎳(Ni )和鐵(Fe )等的配位化合物材料(分子類催化劑)(非專利文獻I、非專利文獻2和非專利文獻3)?，F有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特許第4167775號公報專利文獻2 :日本特開平1-313313號公報非專利文獻非專利文獻I Journal of Physical Chemistry A 102 號 2870 頁(1998)非專利文獻2 Journal of the American Chemical Society 122 號 10821 頁(2000)非專利文獻3 :Chemistry Letters 1695 頁(1985)
技術實現思路
專利技術所要解決的課題一般而言，CO2是非常穩定的分子。因此，接觸加氫法中的CO2的還原處理，在使反應進行時，需要高溫(加熱溫度300°C)和高壓(反應壓力50氣壓)。而且，在接觸加氫法中，使用H2那樣的可燃性氣體。根據這些理由，接觸加氫法需要引入大規模的設備。接觸加氫法中有在還原處理中需要大量的投入能量且能量的利用效率非常低這樣的問題。另外，有在電解還原法中作為催化劑使用的、上述固體單質金屬、合金材料和上述分子類材料由于長時間的催化反應而劣化嚴重這樣的耐久性的問題。這樣，尚未發現能夠以電解還原法還原CO2且具有高實用性的催化劑。因此，本專利技術的目的在于提供一種，其中，使用能夠在與現有的催化劑同等或更小的過電壓條件下還原CO2而生成有用性高的物質(甲酸(HC00H)、甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)等)、且具有高耐久性的催化劑。用于解決課題的方法本專利技術為，具備以下的工序準備電化學電池的工序(a)，其中，上述電化學電池具備工作電極、對電極和槽，上述槽儲存有電解液，上述工作電極含有選自碳化鋯、碳化鉿、碳化鈮、碳化鉻和碳化鎢中的至少I種碳化物，上述電解液含有二氧化碳， 上述工作電極與上述電解液接觸，上述對電極與上述電解液接觸；和對上述工作電極和上述對電極分別施加負電壓和正電壓，還原上述二氧化碳的工序(b)。專利技術的效果在本專利技術的中，使用電化學電池。電化學電池具備還原二氧化碳的工作電極。該工作電極含有選自碳化鋯、碳化鉿、碳化鈮、碳化鉻和碳化鎢中的至少I種碳化物。這些碳化物能夠在與還原二氧化碳的現有的催化劑同程度或更小的過電壓條件下還原二氧化碳。因此，根據本專利技術的方法，能夠在與現有的方法同等或更小的過電壓條件下，生成HC00H、CH4、C2H4和C2H6等有用性高的物質。而且由于上述碳化物具有高耐久性，因此上述工作電極能夠實現高耐久性。附圖說明圖I是比較金屬鋯(Zr)表面和碳化鋯(ZrC)表面的一氧化碳(CO)的吸附能值的圖。圖2是本專利技術中在測定中所使用的電化學電池的結構示意圖。圖3是表示使用碳化鋯(ZrC)時的反應電流一電解電位測定(C_V測定)的結果的圖。圖4是表示使用碳化鋯(ZrC)時由氣相色譜測得的甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)的成分分析結果的圖。圖5是表示使用碳化鋯(ZrC)時由氣相色譜測得的一氧化碳(CO)的甲烷(CH4)的成分分析結果的圖。圖6是表示使用碳化鋯(ZrC)時由液相色譜測得的甲酸(HCOOH)的成分分析結果的圖。圖7中，圖7A 圖7C分別表示使用碳化鈮(Nb2C)、碳化鉻(Cr3C2)和碳化鎢(WC)時的反應電流一電解電位測定(C-V測定)的結果的圖。具體實施例方式下面，參照附圖說明本專利技術的。本專利技術的還原二氧化碳(CO2)的方法是電化學地還原CO2的方法。在本專利技術的方法中，首先準備電化學電池。電化學電池具備用于還原CO2的電極(工作電極)。工作電極含有選自碳化鋯(ZrC )、碳化鉿(HfC )、碳化鈮(Nb2C )、碳化鉻(Cr3O2)和碳化鎢(選自WC和W2C中的至少一種)中的至少I種碳化物。以下是工作電極使用碳化鋯的例子。準備漿料溶液，其是通過碳化處理得到的，在有機溶劑中分散有具有數Pm程度的平均粒徑的碳化鋯顆粒(ZrC顆粒)。然后，在作為電極基板使用的、編入有碳纖維的導電性的復寫紙(Carbon paper，CP)上，涂布適量上述漿料溶液。由此，制作在CP上載持有ZrC顆粒的工作電極(催化劑)。CP為多孔狀。因此，難以明確規定ZrC顆粒的載持量。但是，ZrC顆粒的載持量的概數為10 μ g/cm2 lmg/cm2左右。另外，電極基板只要是具有導電性的物質即可，不限于CP。例如，除了 CP以外，一般經常使用金(Au)等的非活性金屬基板、玻璃碳基板和導電性硅基板等。另外，ZrC顆粒的制作方法和形狀也沒有限定。例如，除了上述那樣的顆粒形狀以外，也可以使用薄膜狀的ZrC。以濺射等的方法在導電性基板表面上以薄膜狀沉積ZrC的電極結構，也能夠得到與載持有顆粒時相同的催化活性。此外，在這樣的電極制作方法中，在制作過程中有混入雜質的可能性。但是，催化活性根據作為催化劑使用的化合物的種類而出現。因此，在制作過程所混入的雜質，并不影響該化合物的催化活性的 結果。這樣，作為一例，說明含有ZrC的CO2還原用的催化劑的構成。但是，如下述的實施例所示，不僅在載持有碳化錯的試樣中，而且在載持有碳化鉿(HfC)、碳化銀(Nb2C)、碳化鉻(Cr3C2)和碳化鎢(選自WC和W2C中的至少一種)顆粒的同樣的試樣中，也可以確認作為還原CO2的催化劑的效果。如上所述，電極基板和該基板所載持的碳化物的形狀等是多種多樣的。但是，在實際的二氧化碳的還原處理中，進行電解液中等的電解反應或利用氣體擴散電極的電解反應。因此，為了使碳化物在基板上穩定地載持或成膜，需要調整適合于各物質的載持方法和成膜方法。接著，說明在使用含有上述ZrC顆粒的工作電極時的、CO2的由電化學的處理得到的生成物質的分析評價的結果。在通過使用該工作電極的CO2還原得到的生成物質中存在氣體成分(氣體成分)和液體成分。在本實施方式中，氣體成分分析使用氣相色譜，液體成分分析使用液相色譜。其結果，可以確認CO2被還原，生成了 CO、HC00H、CH4, C2H4和C2H6。這些發現的理論的背景如下。圖I表示從根據密度泛函理論的模擬(電子狀態計算)估測得到的單金屬Zr表面和碳化物ZrC表面的CO的吸附能值(Ea)。一般而言，為了有效地在固體表面引起催化反應，該固體物質具有適度大小的Ea值很重要。例如，當Ea值過大時，向固體表面的分本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.04.23 JP 2010-0994681.一種還原二氧化碳的方法，其特征在于，具備以下的工序 準備電化學電池的工序(a )，其中， 所述電化學電池具備工作電極、對電極和槽， 所述槽儲存有電解液， 所述工作電極含有選自碳化鋯、碳化鉿、碳化鈮、碳化鉻和碳化鎢中的至少I種碳化物， 所述電解液含有二氧化碳， 所述工作電極與所述電解液接觸， 所述對電極與所述電解液接觸；和 對所述工作電極和...

【專利技術屬性】
技術研發人員：出口正洋，錢谷勇磁，谷口麗子，四橋聰史，
申請(專利權)人：松下電器產業株式會社，
類型：
國別省市：