CN116997681A

CN116997681A - 电极用材料、膜-电极接合体、co2电解装置以及co2电解产物的制造方法

Info

Publication number: CN116997681A
Application number: CN202280021978.9A
Authority: CN
Inventors: 兼古宽之
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2021-03-19
Filing date: 2022-03-08
Publication date: 2023-11-03
Also published as: AU2022240175A1; TW202302911A; KR20230158482A; US20240158929A1; WO2022196461A1; JP2022145227A; AU2022240175B2; JP7441194B2; DE112022001617T5

Abstract

提供涉及由CO₂生成还原产物(CO等)的生成效率优异，特别是在CO₂的供给浓度低的情况下还原产物的生成效率更加优异的电极用材料、膜‑电极接合体和CO₂电解装置的技术。电极用材料，其特征在于，其具有：担载体，该担载体包含导电性载体和担载于前述导电性载体的包含金属络合物、金属或无机化合物的粒子中的任1种或多种的催化剂；和阴离子交换树脂，该阴离子交换树脂被覆前述担载体的表面的一部分或全部，且包含含有伯氨基、仲氨基、叔氨基或季铵基的任1种或多种的离聚物；前述离聚物的碱位点密度为2.0mmol/cm³以上且5.0mmol/cm³以下。

Description

电极用材料、膜-电极接合体、CO2电解装置以及CO2电解产物的制造方法

技术领域

本公开涉及电极用材料、膜-电极接合体、CO₂电解装置以及CO₂电解产物的制造方法。

背景技术

化石燃料(石油、煤、天然气)支持着现代耗能社会。从化石燃料中取出能量时会伴随CO₂(二氧化碳)的排出。据报道大气中二氧化碳浓度的上升是地球变暖的原因之一，需要对其进行削减。CO₂由于是极其稳定的物质，因难以通过分解等进行再利用，需要用于将CO₂转换为其它物质而再次资源化的新技术。

作为此类技术之一，利用电能的CO₂的研究正在世界各地广泛进行。已发现具有高分子电解质型电解池的CO₂还原装置在可以通过使用薄膜状的高分子电解质来充分降低离子的移动阻力的方面相较于其他装置具有优越性。通常，可用于高分子电解质型电解池的CO₂还原用的阴极含有催化剂微粒、导电性载体。

CO₂还原中，CO₂还原催化剂附近的CO₂吸附量对CO(一氧化碳)等还原产物的生成效率有很大贡献，期望开发能够大量吸附CO₂的电极催化剂。例如，已设计了通过将对CO₂具有吸附等发生相互作用的性质的化合物与催化剂共同担载于电极上，从而提高弱酸性CO₂的吸附量、改善生成效率的方法。(专利文献1、2和非专利文献1)

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-011492号公报

专利文献2：日本再公表2019-65258号公报

非专利文献

非专利文献1：S.Ren,D.Joulie,D.Salvatore,K.Torbensen,M.Wang,M.Robert,C.P.Berlinguette,Science,2019,365,367-369。

发明内容

发明要解决的课题

在这些现有技术中，在所供给的CO₂分压(即，CO₂浓度)降低的条件下，难以在还原催化剂附近保留大量的低浓度的CO₂，存在还原产物的生成效率、CO₂电解装置的CO₂转化率降低的风险。

此外，如专利文献1所公开的二氧化碳还原装置那样，将含有作为阳离子交换树脂的质子透过性高分子的二氧化碳还原膜用于阴极侧的电极时，由于阳离子交换树脂为酸性，因此容易发生副反应(氢生成反应。在酸性下容易进行)。进而由于阳离子交换树脂为酸性，因此没有CO₂吸附能力，存在无法兼顾离子导电率和CO₂吸附能力的风险，这从专利文献1的参考例5(0061段)中显示出通过添加作为阳离子交换树脂的Nafion而使CO₂的吸附量减少的数据也可以看出。

此外，阳离子交换树脂由于透过金属离子，因此容易发生电解质盐的析出，如果析出盐蓄积。则存在二氧化碳电解效率降低的风险。

因此，本公开的目的在于提供涉及由CO₂生成还原产物(CO等)的生成效率优异、特别是在CO₂的供给浓度低的情况下还原产物的生成效率更优异的电极用材料的技术。

本发明人等着眼于由于阴离子交换树脂为碱性，因此难以发生前述副反应，难以通过金属离子，因此盐的析出速度慢，为了实现前述目的而进行了深入研究，结果发现，通过将被特定的阴离子交换树脂被覆的包含催化剂和导电性载体的担载体用于电极用材料，可以解决前述课题，从而完成了本公开技术。即，本公开技术如下所述。

根据本公开的一个方式，可以提供涉及电极用材料的技术，该电极用材料的特征在于：具有担载体和阴离子交换树脂；

所述担载体包含导电性载体和担载于前述导电性载体的催化剂，该催化剂包含金属络合物、金属或无机化合物的粒子的任1种或多种；

所述阴离子交换树脂被覆前述担载体的表面的一部分或全部，且包含含有伯氨基、仲氨基、叔氨基或季铵基的任1种或多种的离聚物；

前述离聚物的碱位点密度为2.0mmol/cm³以上且5.0mmol/cm³以下。

发明效果

根据本公开，可以提供涉及由CO₂生成还原产物(CO等)的生成效率优异、特别是在CO₂的供给浓度低的情况下还原产物的生成效率更优异的电极用材料的技术。

附图说明

图1：是说明本公开中的电极用材料的模式图。

图2：是说明本公开中优选使用的膜-电极接合体的模式图的一例。

图3：是示出本公开中优选使用的CO₂电解装置的实例的模式图的一例。

具体实施方式

以下，对于本公开中的电极用材料、膜-电极接合体和CO₂电解装置进行具体说明。应予说明，本公开涉及的技术并不限于以下说明的该方式。此外，本公开中，与数值的记载相关的“～”的术语是表示其下限值以上且上限值以下的术语。

1.电极用材料

本公开的电极用材料主要由催化剂、导电性载体、以及阴离子交换树脂构成。催化剂担载于导电性载体而形成担载体。阴离子交换树脂被覆担载体的表面的一部分或全部(参照图1)。

1-1.导电性载体

本公开涉及的导电性载体优选包含碳材料、钛、钽、金、银或铜。它们可以单独使用，或者组合多种使用。它们可以考虑耐腐蚀性进行选择。导电性载体优选与催化剂为不同的材质。

这里，作为碳材料，只要是具有导电性且不阻碍本公开技术的效果，则没有特别限定。作为碳材料，可以使用公知用于电极用材料的那些，例如可以使用石墨碳、玻璃状碳、炭黑、石墨烯、碳纳米管等。

导电性载体优选为粒子状或短纤维状。此外，导电性载体可以是粒子(一次粒子)或短纤维凝集而成的凝集体。这里，粒子状或短纤维状是指基于一般的技术常识而判断为粒子状或短纤维状的那些。此外，本公开中，对于短纤维凝集而成的凝集体，也包含于二次粒子中。

导电性载体的粒子的平均粒径或短纤维的平均纤维长度只要不阻碍本公开技术的效果则没有特别限定，例如可以设为10nm～1000μm。导电性载体的平均粒径、平均纤维长度可以考虑表面积、导电性载体的多孔性而自由选择。这里，平均粒径是指包含一次粒子或短纤维、以及二次粒子的平均粒径。这里，导电性载体为短纤维状时，平均粒径设为包含将短纤维的纤维长度视为一次粒径的粒径、以及短纤维的二次粒子的粒径并进行平均而得的值。平均粒径的测定可以通过如下方法进行：对于随机选择的50个粒子，使用光学显微镜、扫描型电子显微镜、透射型电子显微镜等公知的观察手段，测定粒子的直径，算出平均值，由此进行测定。观察手段可以根据平均粒径进行选择。此外，优选导电性载体的平均一次粒径是催化剂的平均一次粒径的2倍以上。

1-2.催化剂

本公开涉及的催化剂担载于导电性载体而形成担载体。

催化剂是能够还原二氧化碳的公知的催化剂，包含下述中的任一种或多种：金、银、铜、镍、铁、钴、锌、铬、钯、锡、锰、铝、铟、铋、钼等金属的粒子；氧化锡、氧化铜、氮化碳等无机化合物的粒子；铜、镍、铁、钴、锌、锰、钼、铼、锡、铟、铅、钌、铝的金属络合物的粒子。它们可以考虑耐腐蚀性进行选择。

催化剂主要为粒子状。此外，催化剂也可以是粒子(一次粒子)凝集而成的二次粒子。这里，粒子状不限于根据一般的技术常识判断为粒子状的那些，也包括催化剂非常小、被称为"单原子催化剂"的配位键合的金属以原子水平高分散而成的那些。

催化剂的粒子的平均粒径只要不阻碍本公开技术的效果则没有特别限定，例如可以设为0.001～100μm，优选为0.001～1μm，更优选为0.001～0.1μm。催化剂的粒径可以考虑催化剂的表面积和催化剂的尺寸效果而自由选择。催化剂的粒径越大，则催化剂的表面积越大，因此具有催化剂有助于反应的活性位点(site)增多的效果。另一方面，除了前述表面积的效果之外，还存在被称为尺寸效果的活性、选择性随催化剂的粒径而大幅变化的效果。因此，可以根据所使用的装置确认催化剂的活性，选择催化剂的粒径。作为二氧化碳的还原反应涉及的催化剂的平均一次粒径，越是比尺寸效果小的平均一次粒径越有效，在本公开技术中，作为催化剂的平均一次粒径，优选为50nm以下，更优选为20nm以下。此外，催化剂不发生凝集而分散的情况，即，所含的一次粒子多的情况的催化剂的效果高，故优选。这里，催化剂的平均粒径是指包含催化剂的一次粒子和二次粒子的平均粒径。此外，平均一次粒子是指仅一次粒径的平均粒径。这些平均(或一次)粒径的测定可以通过如下方法进行：对于随机选择的50个粒子(或一次粒子)，使用光学显微镜、扫描型电子显微镜、透射型电子显微镜等公知的观察手段，测定粒子的直径，算出平均值，由此进行测定。观察手段可以根据平均(或一次)粒径进行选择。

作为催化剂在导电性载体上的担载量，只要不阻碍本公开技术的效果则没有特别限定，例如，将担载体总量设为100质量％时，可以将担载体内的催化剂的量设为10质量％以上、20质量％以上、30质量％以上、40质量％以上，可以设为70质量％以下、60质量％以下、50质量％以下。催化剂的担载量为该范围时，可以抑制催化剂的凝集，可以维持高的催化剂活性。

1-3.阴离子交换树脂

本公开涉及的阴离子交换树脂被覆包含催化剂和导电性载体的担载体的表面的一部分或全部。

本公开涉及的阴离子交换树脂是包含氨基或季铵基的离聚物。即，阴离子交换树脂具有在离聚物的基材树脂上附加了具有氨基或季铵基的结构的结构。这里，氨基包括伯氨基、仲氨基、叔氨基。

阴离子交换树脂(离聚物)的碱位点密度为2.0mmol/cm³以上且5.0mmol/cm³以下，优选为2.5mmol/cm³以上且小于4.5mmol/cm³，更优选为2.9mmol/cm³以上且小于4.5mmol/cm³。阴离子交换树脂的碱位点密度为该范围时，在电极用材料周边部的CO₂浓度低时也可以得到具有优异CO₂还原效率的电极用材料。

即使催化剂担载于导电性载体而成的担载体未被阴离子交换树脂被覆的情况、或者担载体被阴离子交换树脂被覆的情况，阴离子交换树脂的碱位点浓度低时，由于供给至电极用材料的CO₂为气体，因此CO₂可以自由移动，CO₂吸附于催化剂的活性位点的机会受到限制，CO₂还原效率也受到限制。

另一方面，在担载体被阴离子交换树脂被覆的情况，并且阴离子交换树脂的碱位点浓度高至一定以上的情况(碱位点密度为2.0mmol/cm³以上的情况)下，进入被覆内的作为弱酸的CO₂被阴离子交换树脂的碱位点中和，能够主要作为碳酸氢根离子(HCO₃ ^-)、或氨基甲酸酯(氨甲酸酯)留在阴离子交换树脂内。结果，在担载于担载体的催化剂的附近，碳酸氢根离子被大量储存，该碳酸氢根离子通过平衡反应形成CO₂，由此CO₂可以效率良好地吸附于催化剂的活性位点。籍此，可以提高电极用材料的CO₂还原效率。该效果在供给的CO₂浓度高的情况下也有效，在供给的CO₂浓度低的情况下更有效。

此外，在碱位点密度超过5.0mmol/cm³情况下，由于亲水性变高，因此上述中和反应时产生的水(H₂O)所致的溶胀加剧，存在作为电极用材料的机械特性降低的风险。

阴离子交换树脂的碱位点密度可以通过离聚物的分子结构内的疏水性结构与亲水性结构的比率进行调整。因此，作为调整阴离子交换树脂的碱位点密度的方法，可以通过将具有疏水性结构的单体或预先聚合了单体的聚合物、与具有亲水性结构的单体或预先聚合了单体的聚合物，调整各自的配合比率进行共聚来调整。

阴离子交换树脂的碱位点密度通过1H-NMR测定，由氨基、季铵基、其它形成碱位点的官能团的信号的积分值而得到。

作为离聚物的基材树脂，只要不阻碍本公开技术的效果则没有特别限定，例如，可以设为将乙烯系单体、苯乙烯系单体、氨基甲酸酯系单体、卤素系单体以及将这些单体预先聚合而成的聚合物进行共聚而得的共聚物。作为它们的共聚物，也可以使用无规共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物、交替共聚物等中的任一者。此外，它们可以单独使用，或者组合多种使用。

本公开涉及的离聚物具有氨基或季铵基，但由于它们为亲水性基团，因此为了调整碱位点浓度，优选预先使之与单体、聚合物加成来使用。此外，作为为了调整碱位点密度而添加的疏水性的单体或聚合物，从疏水性的高低出发，可以使用卤化物系单体、芳香族单体、含醚键的单体或其聚合物，特别优选使用氟系单体。

阴离子交换树脂被覆担载体的表面的一部分或全部，但被覆面积相对于该担载体的表面积的比率即被覆率(被覆面积/担载体表面积×100)可以设为70％以上、80％以上、90％以上、95％以上、100％。从使大量CO₂在催化剂附近蓄积的效果的观点出发，优选高被覆率。这里，被覆率是用透射型电子显微镜观察随机选择的50个电极用材料的粒子的表面，用上述式算出的被覆率的平均值。

阴离子交换树脂的平均被覆厚度只要不阻碍本公开技术的效果则没有特别限定，例如，可以设为0.01～100μm。

阴离子交换树脂的平均被覆厚度若为0.01μm以上，则充分形成离子传导的通道，能够将由反应生成的氢氧根离子(OH^-)更加效率良好地输送至离子交换膜，进而由于碱位点量充分，因此CO₂、碳酸氢根离子等碳酸种的保持量充分。

此外，阴离子交换树脂的平均被覆厚度若为100μm以下，则离子必须移动的距离适当，因此对离子移动的阻力变得适度，可以抑制电压增加(抑制效率的降低)。进一步，CO₂为了到达催化剂而必须扩散的距离不会过大，因此CO₂的移动变得容易，可以抑制电压增加(抑制效率的降低)。

根据以上，阴离子交换树脂的平均被覆厚度为该范围时，由CO₂生成还原产物(CO等)的生成效率优异，特别是在CO₂的供给浓度低的情况下，可以得到还原产物的生成效率更加优异的电极用材料。

2.电极用材料的制造方法

接着对电极用材料的制造方法进行说明。通过使用公知的混合机对规定量的导电性载体和催化剂进行混合而制作担载体。混合时间可以设为3～60分钟。作为制作担载体的其它方法，可举出通过还原反应使催化剂在导电性载体上析出的方法等。更具体地，将规定量的导电性载体、催化剂金属和还原剂混合，使阳离子还原，由此可以使催化剂金属担载于导电性载体上。该方法中的混合时间可以设为1～48小时。

在容器中加入有机溶剂，加入阴离子交换树脂并使之溶解，由此制作被覆上述担载体的阴离子交换树脂的溶液即离聚物溶液。离聚物溶液的离聚物浓度相对于离聚物溶液总量为0.1～50质量％，可以根据离聚物溶液的离聚物浓度来调整被覆厚度和被覆率。离聚物溶液中使用的有机溶剂只要能够溶解离聚物则没有特别限定，可以考虑离聚物的溶解性而自由选择。

将所得担载体加入制作的离聚物溶液中，用混合机等进行混合，由此制作使上述担载体分散于离聚物溶液中而得的担载体分散溶液。混合时间可以设为5～60分钟。

使用喷雾器等公知的喷射装置，将如此得到的担载体分散溶液喷射至碳纸等电极支撑体上并使之干燥，由此制作附着于碳纸等的电极用材料。干燥可以使用自然干燥或根据需要使用干燥炉等。

3.电极用材料的用途

本公开的电极用材料可以用于CO₂电解装置中使用的电极或膜-电极接合体。

3-1.膜-电极接合体

使用本公开的电极用材料形成膜-电极接合体时，可以得到CO₂还原效率高的膜-电极接合体。

本公开的膜-电极接合体主要由本公开的电极用材料、固体电解质、集电体(以板状使用时也称为集电板)构成。此外，本公开的电极用材料设置于固体电解质和集电体之间使用。电极用材料可以通过将电极用材料成形、或者附着于基材而制为所期望形状的电极。固体电解质为离子交换膜，优选使用阴离子交换膜。

3-1-1.固体电解质

本公开的固体电解质只要不阻碍本公开技术的效果则没有特别限定，可举出例如，Nafion(注册商标)、Aquivion(注册商标)等阳离子交换膜，Sustainion(注册商标)、Fumasep(注册商标)等阴离子交换膜，优选使用阴离子交换膜。此外，本公开的膜-电极接合体中，特别优选使用伯氨基、仲氨基、叔氨基、季铵基、以及这些离子交换基团多个混合存在的阴离子交换膜。作为具体例，可以使用例如：NEOSEPTA(注册商标)ASE、AHA、AMX、ACS、AFN、AFX(Tokuyama公司制)、Selemion(注册商标)AMV、AMT、DSV、AAV、ASV、AHO、AHT、APS4(旭硝子公司制)等。

阴离子交换膜的材质可以使用与被覆本公开的电极用材料的阴离子交换树脂相同的材质，也可以使用不同的材质。阴离子交换膜的材质与被覆本公开的电极用材料的阴离子交换树脂为相同的材质时，可以避免阴离子交换树脂与阴离子交换膜的界面发生变质，此外，通过避免阴离子交换树脂与阴离子交换膜的界面的相分离，可以使离子的移动(传导)变得顺畅，故优选。

3-1-2.集电体

作为本公开涉及的集电体，可举出例如，铜(Cu)、镍(Ni)、不锈钢(SUS)、镀镍钢、黄铜等金属材料，其中，从加工容易性和成本的观点出发，优选为铜。在集电体为金属材料时，负极集电体的形状可举出例如，金属箔、金属板、金属薄膜、膨胀金属、冲孔金属、发泡金属等。

这里，集电体上设置有用于向电极(或电极用材料)供给或回收气体(原料气体、生成气体)的通气孔。通过这些通气孔，可以向电极(或电极用材料)均匀且效率良好地送入原料气体并排出生成气体(包含未反应原料气体)。应予说明，通气孔的数量·位置·大小并无限定，可以适宜设定。另外，在集电体具有通气性的情况中，不需要通气孔。图2示出了膜-电极接合体的说明图，图2中的集电体示出使用了多孔质的通气性的材质。

3-2.CO₂电解装置

本公开的电极用材料和膜-电极接合体用作阴极，由此CO₂还原效率优异，特别是在供给的CO₂浓度低的情况下，可以得到更有效的CO₂电解装置。CO₂电解装置例如可以用于CO之类的CO₂电解产物的制造方法中。

对于本公开的CO₂电解装置的实例，使用图3进行说明。CO₂电解装置具有：阴极101、与前述阴极101构成1对电极的阳极102、以至少一部分接触的状态存在于阴极101与阳极102之间的固体电解质103、在前述阴极101的与固体电解质103的接触面101-1的相反侧的面101-2上接触的集电体104、在阳极102的与固体电解质103的接触面102-2的相反侧的面102-1上接触的支撑板105、以及向集电体104和支撑板105之间(即，阴极和阳极之间)施加电压的电压施加部106。此外，通过未图示的供给源和供给装置供给气相状态下的CO₂、作为支持电解质的H₂O、KHCO₃等电解质水溶液。应予说明，为了便于说明，图3中记载的CO₂电解装置100以阴极101、阳极102等各部件分离的状态进行图示，但实际上集电体104、阴极101、固体电解质103、阳极102、支撑板105分别通过规定方法粘接而一体化地构成。各部件也可以构成为能够安装拆卸，从而构成1个CO₂电解装置100。

这里，本公开的电极用材料用作阴极101。

此外，本公开的膜-电极接合体发挥图3中的集电体104、阴极101、固体电解质103的功能。即，构成膜-电极接合体的集电体成为集电体104，本公开的电极用材料成为阴极101，而且阴离子交换膜构成固体电解质103，由此可以形成一体化的阴极。

实施例

接着，通过实施例和比较例对本公开技术进行详细说明，但本公开技术并不受其限定。

＜电极用材料的制作＞

通过Ag⁺离子的还原而在导电性炭黑(平均粒径30nm)10mg上析出作为催化剂的Ag纳米粒子(平均粒径10nm)2mg，将得到的粉末使用混合机(装置名称、处理条件)进行混合，制作担载体。在容器中使离聚物6mg溶解于有机溶剂，在制作的离聚物溶液中分散担载体，使用喷雾器涂布于碳纸(面积2.25cm²)上，制为电极。

这里，离聚物使用下述示出的碱位点密度的各种离聚物，制作各实施例和比较例的电极。各实施例和比较例的电极用材料的被覆率为100％。

(原料)

实施例1的离聚物：碱位点密度3.8mmol/cm³，作为基材的芳香族位于主链且作为侧链的季铵基(季烷基胺基)和/或三氟甲基与主链键合的树脂

实施例2的离聚物：碱位点密度2.9mmol/cm³，作为基材的芳香族位于主链且作为侧链的季铵基(季烷基胺基)与主链键合的树脂

实施例3的离聚物：碱位点密度2.9mmol/cm³，作为基材的芳香环于醚键位于主链且作为侧链的季铵基(季烷基胺基)与主链键合的树脂

实施例4的离聚物：碱位点密度4.5mmol/cm³，作为基材的芳香族位于主链、作为侧链的季铵基(季烷基胺基)和/或三氟甲基与主链键合、且改变了实施例1的离聚物的碱位点密度的树脂

实施例5的离聚物：碱位点密度2.3mmol/cm³，作为基材的芳香环与醚键位于主链且作为侧链的季铵基(季烷基胺基)与主链键合的树脂

实施例6的离聚物：碱位点密度2.3mmol/cm³，Dioxide Material公司制XC-2

实施例7的离聚物：碱位点密度2.1mmol/cm³，作为基材的芳香族位于主链、作为侧链的季铵基(季烷基胺基)与主链键合、且改变了实施例2的离聚物的碱位点密度的树脂

实施例8的离聚物：碱位点密度2.9mmol/cm³，作为基材的芳香族位于主链且作为侧链的季铵基(季烷基胺基)与主链键合的树脂

比较例1的离聚物：碱位点密度1.4mmol/cm³，芳香族位于主链、作为侧链的季铵基(季烷基胺基)与主链键合、且改变了实施例2的离聚物的碱位点密度的树脂

比较例2的离聚物：碱位点密度1.0mmol/cm³，Dioxide Material公司制XA-9

＜CO₂电解装置＞

将所得各实施例和比较例的电极用作阴极，将担载有氧化铱的钛网用作阳极，在实施例1～7和比较例1～2中将实施例7的离聚物的阴离子交换膜(膜厚30μm)用作固体电解质，在实施例8中将Nafion(注册商标)(膜厚50μm)阳离子交换膜用作固体电解质，将电解液槽(0.5M的KHCO₃水溶液)用作阳极侧的溶液。按照阴极、离子交换膜、阳极、电解液槽的顺序排列，形成阴极与电解液槽夹持离子交换膜和阳极的结构。

＜电解性能评价＞

使用安装有各实施例和比较例的电极的CO₂电解装置，测定将CO₂电解形成CO时的CO生成电流密度J_CO[mA/cm²]。CO₂使用N₂气体作为稀释气体，以CO₂浓度为100vol％、25vol％供给至阴极。此外，阴极的施加电位相对于银/氯化银参比电极设为-1.8V。结果示于表1。应予说明，维持率评价按照以下的评价基准进行评价。

(评价基准)

◎：CO₂浓度100vol％供给时的J_CO为65mA/cm²以上，且CO₂浓度25vol％供给时的J_CO的维持率与100vol％供给时的J_CO相比为50％以上。

〇：CO₂25％供给时的J_CO的维持率与CO₂浓度100vol％供给时的J_CO相比为40％以上。

△：CO₂浓度25vol％供给时的J_CO的维持率与CO₂浓度100％供给时的J_CO相比为小于40％。

[表1]

符号说明

1 电极用材料

10 导电性载体

11 催化剂(活性位点)

12 离子交换树脂

100 CO₂电解装置

101 阴极(阴极)

101-1 阴极的与固体电解质接触的面

101-2 阴极的与集电体接触的面

102 阳极(阳极)

102-1 阳极的与支撑板接触的面

102-2 阳极的与固体电解质接触的面

103 固体电解质

104 集电体

104-1 集电体的气体供给孔

104-2 集电体的气体回收孔

105 支撑板

105-1 支撑板的气体流路

106 电压施加部

Claims

1.电极用材料，其特征在于，具有担载体和阴离子交换树脂；

所述担载体包含导电性载体和担载于所述导电性载体的催化剂，该催化剂包含金属络合物、金属或无机化合物的粒子的任1种或多种，

所述阴离子交换树脂被覆所述担载体的表面的一部分或全部，且包含含有伯氨基、仲氨基、叔氨基或季铵基的任1种或多种的离聚物，

所述离聚物的碱位点密度为2.0mmol/cm³以上且5.0mmol/cm³以下。

2.根据权利要求1所述的电极用材料，其特征在于，所述离聚物的碱位点密度为2.5mmol/cm³以上且小于4.5mmol/cm³。

3.膜-电极接合体，其是包含权利要求1或2所述的电极用材料、离子交换膜和集电体的膜-电极接合体，其特征在于，所述电极用材料设置于所述离子交换膜与所述集电体之间。

4.根据权利要求3所述的膜-电极接合体，其特征在于，所述离子交换膜为阴离子交换膜。

5.根据权利要求4所述的膜-电极接合体，其特征在于，所述离子交换膜的材质与所述电极用材料的阴离子交换树脂相同。

6.CO₂电解装置，其特征在于，包含权利要求1或2所述的电极用材料或权利要求3～5中任一项所述的膜-电极接合体。

7.CO₂电解产物的制造方法，其使用了权利要求6所述的CO₂电解装置。