[发明专利]还原二氧化碳的方法

说明书

技术领域

本发明涉及还原二氧化碳的方法。

背景技术

利用催化剂的二氧化碳（CO₂）的还原技术被期待作为CO₂固定化和有用物质的生成技术。该还原技术是用于解决被认为今后明显化的由温室效果气体引起的地球温暖化问题的重要的手段之一。目前为止，作为使用催化剂的CO₂的还原技术，研究了接触加氢法和电化学的方法（电解还原法）。在接触加氢法中，在高温高压的气相条件下，CO₂与氢（H₂）进行催化反应而被还原。通过接触加氢法，CO₂能够转化为甲醇等有用性高的物质（专利文献1和专利文献2）。

在电解还原法中，即使在常温和常压下还原反应也进行。电解还原法不需要大规模的设备。这样，电解还原法比上述接触加氢法简便。由此，电解还原法可以认为是有效CO₂的还原方法之一。作为能够使用电解还原法还原CO₂的催化剂，目前为止，开发了铜（Cu）和银（Ag）等的固体单质金属和它们的合金材料，以及钴（Co）、镍（Ni）和铁（Fe）等的配位化合物材料（分子类催化剂）（非专利文献1、非专利文献2和非专利文献3）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第4167775号公报

专利文献2：日本特开平1-313313号公报

非专利文献

非专利文献1：Journal of Physical Chemistry A 102号2870页（1998）

非专利文献2：Journal of the American Chemical Society 122号10821页（2000）

非专利文献3：Chemistry Letters 1695页（1985）

发明内容

发明所要解决的课题

一般而言，CO₂是非常稳定的分子。因此，接触加氢法中的CO₂的还原处理，在使反应进行时，需要高温（加热温度：300℃）和高压（反应压力：50气压）。而且，在接触加氢法中，使用H₂那样的可燃性气体。根据这些理由，接触加氢法需要引入大规模的设备。接触加氢法中有在还原处理中需要大量的投入能量且能量的利用效率非常低这样的问题。

另外，有在电解还原法中作为催化剂使用的、上述固体单质金属、合金材料和上述分子类材料由于长时间的催化反应而劣化严重这样的耐久性的问题。这样，尚未发现能够以电解还原法还原CO₂且具有高实用性的催化剂。

因此，本发明的目的在于提供一种还原二氧化碳的方法，其中，使用能够在与现有的催化剂同等或更小的过电压条件下还原CO₂而生成有用性高的物质（甲酸（HCOOH）、甲烷（CH₄）、乙烯（C₂H₄）和乙烷（C₂H₆）等）、且具有高耐久性的催化剂。

用于解决课题的方法

本发明为还原二氧化碳的方法，具备以下的工序：

准备电化学电池的工序（a），其中，

上述电化学电池具备工作电极、对电极和槽，

上述槽储存有电解液，

上述工作电极含有选自氮化钛、氮化锆、氮化铪、氮化钽、氮化钼和氮化铁中的至少1种氮化物，

上述电解液含有二氧化碳，

上述工作电极与上述电解液接触，

上述对电极与上述电解液接触；和

对上述工作电极和上述对电极分别施加负电压和正电压，还原上述二氧化碳的工序（b）。

发明的效果

在本发明的还原二氧化碳的方法中，使用电化学电池。电化学电池具备还原二氧化碳的工作电极。该工作电极含有选自氮化钛、氮化锆、氮化铪、氮化钽、氮化钼和氮化铁中的至少1种氮化物。这些氮化物能够在与还原二氧化碳的现有的催化剂同程度或更小的过电压条件下还原二氧化碳。因此，根据本发明的方法，能够在与现有的方法同等或更小的过电压条件下，生成HCOOH、CH₄、C₂H₄和C₂H₆等有用性高的物质。而且由于上述氮化物具有高耐久性，因此上述工作电极能够实现高耐久性。

附图说明