[发明专利]二氧化碳还原装置以及多孔电极

说明书

本发明的二氧化碳还原装置，其具有：第一电极、电解液以及离子传输膜中的至少一者、以及第二电极，所述第一电极是具有多孔碳的多孔电极，所述多孔碳具有至少一种M‑R表示的金属‑非金属元素键，其中，M是第4～15族的金属元素，以及R是第14～16族的非金属元素。

技术领域

本发明涉及一种二氧化碳还原装置及可适用于二氧化碳还原装置的多孔电极。

背景技术

电学还原二氧化碳以生成有价值的材料的二氧化碳还原装置，作为用于减少CO₂排放量和自然能源的存储方法，已经引起关注而被广泛研究。二氧化碳的还原中，需要开发适合的催化剂，已公开了金属、合金、金属碳化合物、碳化合物等(参照专利文献1～3和非专利文献1)。

此外，为了高效地进行二氧化碳的电解还原，非专利文献2公开了一种电极材料，其将催化剂通过粘合剂负载于能够扩散二氧化碳的多孔体。此外，非专利文献3公开了一种阴极，其将含有Co-N-C的碳催化剂负载于多孔碳材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5376381号公报

专利文献2：日本特开2003-213472号公报

专利文献3：日本特许第5017499号公报

非专利文献

非专利文献1：Nature Communications 7，Article number：13869(2016)

非专利文献2：Energy Technol.2017，5，929-936

非专利文献3：Chemical Select2016，1，5533-5537

发明内容

本发明所解决的问题

但是，如非专利文献2，通过粘合剂将催化剂负载于多孔体上的电极材料，由于催化剂和多孔体并未牢固接合，因此耐久性不充分。另外，一旦制备了多孔体后，就需要附着催化剂，因此制备过程变得复杂。同理，非专利文献3中，由于催化剂负载于多孔碳材料上，因此耐久性不充分。

因此，为了使二氧化碳还原装置的实用化，需要一种在不会使制造工艺复杂的情况下，能够提高还原效率和耐久性的二氧化碳还原装置。

本发明鉴于上述情况而完成，本发明的目的在于提供一种不会使制备工艺复杂化的情况下，使还原效率和耐久性均良好的二氧化碳还原装置以及多孔电极。

解决问题的手段

本发明人进行了深入研究，发现所述问题通过将具有特定金属与特定非金属元素的键的多孔碳用作电极而解决上述技术问题，从而完成下述本发明。即，本发明提供以下的(1)～(11)。

(1)一种二氧化碳还原装置，其具有：第一电极、电解液以及离子传输膜中的至少一者、以及第二电极，

所述第一电极是具有多孔碳的多孔电极，所述多孔碳具有至少一种M-R表示的金属-非金属元素键，其中，M是第4～15族的金属元素，以及R是第14～16族的非金属元素。

(2)根据所述(1)所述的二氧化碳还原装置，其中，所述M为选自Sb、Bi、Sn和Pb中的至少一种，并且所述R为C或N。

(3)根据所述(1)所述的二氧化碳还原装置，其中，所述M为选自Mn、Fe、Ni、Ru、Co、Rh、Cu、Zn、Nb、Mo、In和Ag中的至少一种，并且所述R为选自C、N、S以及O中的至少一种。

(4)根据所述(1)～(3)中任一项所述的二氧化碳还原装置，其中，所述多孔电极仅以C、R和M为构成元素。