CN115812007A 水电解单元用催化剂
技术背景
在通过可再生能源进行的发电中，产生剩余电力浪费这样的问题。因此，可再生能源的利用效率未必充分。所以，正在研究由剩余电力制造并储存氢的方法。
为了提供高效率且长寿命的水电解装置，尤其是需要提高催化剂的性能和催化剂的耐久性。层状双氢氧化物(LDH)由于能够增大比表面积、LDH中所含的金属离子的组合多样等特征，针对水电解的阳极反应，作为期望的催化剂材料受到关注。
但是，由于LDH的导电性低，因此为了用作催化剂，需要使其担载在具有导电性的载体上来使用。到目前为止，已经评价了使用科琴黑等碳材料作为载体的LDH复合物的催化性能。但是，从水电解的阳极反应中的耐氧化性的观点出发，该LDH复合体存在进一步研究的空间。
图1、双金属氧化物的结构
技术方案
图2、合成工艺原理
图2是示意性地表示催化剂的合成机制的一个例子的图。首先，使含有金属粒子11、过渡金属离子TM1、过渡金属离子TM2和多齿配体20的水溶液的pH值上升。此时，多齿配体20的一部分与金属粒子11的表面反应，形成多齿配体20与金属粒子11的一部分的过渡金属离子TM1的络合物21。此外，在水溶液中，还形成多齿配体20的一部分与水溶液中的过渡金属离子TM1的络合物21或多齿配体20的一部分与水溶液中的过渡金属离子TM2的络合物22。接着，络合物21和22在金属粒子11的表面反应，在金属粒子11的表面合成LDH10。此外，由于络合物21和22含有多齿配体20，因此抑制了LDH10的晶体生长。由此，制作在金属粒子11的表面被覆有LDH10的催化剂1。
制作中，可以使用乙酰丙酮或柠檬酸盐作为多齿配体20。
关键要点：
适当调节水溶液中的多齿配体20的浓度，络合物21的过渡金属离子TM1与络合物22的过渡金属离子TM2容易反应，容易生成LDH10。例如，如果多齿配体20在水溶液中过量存在，则多齿配体20与过渡金属离子TM1的反应或多齿配体20与过渡金属离子TM2的反应容易进行。由此，络合物21中所含的过渡金属离子TM1与络合物22中所含的过渡金属离子TM2的反应速度会降低。
水溶液中的多齿配体的浓度相对于水溶液中的两种以上过渡金属离子的合计浓度之比v例如可以为0.4以下。也就是说，水溶液中的多齿配体20的浓度相对于水溶液中的过渡金属离子TM1和TM2的合计浓度之比v例如为0.4以下。由此，催化剂1例如在水电解的阳极反应中，能够更切实地具有优异的耐久性。v可以为0.2以上且0.5以下，也可以为0.25以上且0.45以下。
实施例
将671μL水和1007μL乙醇混合，调制混合溶剂。混合溶剂中的水与乙醇的体积比为2:3。在该混合溶剂中溶解427.8mg氯化镍六水合物和243.3mg氯化铁六水合物，调制溶液。在混合溶剂中溶解氯化镍六水合物和氯化铁六水合物，以使得Ni离子和Fe离子的合计浓度成为1.0M，且Fe离子的物质的量相对于Ni离子和Fe离子的总物质的量之比成为0.33。进而，在该溶液中加入作为多齿配体的乙酰丙酮(ACAC)92μL，得到含有多齿配体的溶液。含有多齿配体的溶液中的乙酰丙酮的物质的量为Ni离子和Fe离子的总物质的量的三分之一。将含有多齿配体的溶液搅拌30分钟。
接着，将280mg的Ni粒子加入上述含有多齿配体的溶液中，得到含有Ni粒子的溶液。含有Ni粒子的溶液的pH值为1。Ni粒子的平均粒径为20nm。Ni粒子购自US ResearchNanomaterials,Inc.。在25℃，向含有Ni粒子的溶液中添加作为pH提高剂的环氧丙烷(POX)915μL，得到混合溶液。混合溶液的pH值为1。调整POX的添加量，以使得混合溶液中的POX的物质的量相对于氯化物离子的物质的量之比成为2。将得到的混合溶液搅拌1分钟。此时，POX逐渐捕捉溶液中的氢离子，因此溶液的pH值逐渐上升。将得到的溶液静置3天左右。此时的溶液的pH值为9.5。将所得到的溶液静置3天左右后，回收实施例的催化剂。
寿命评价
测定使用了PrincetonApplied Research公司制造的恒电位仪VersaSTAT4和Pine Research公司制造的旋转电极AFE3T050GC。通过旋转盘电极(RDE)法，在以下的测定条件下，测定了来自水电解单元的阳极反应的电流。
[测定条件]
·溶液：1M KOH溶液
·电位：1.0V～1.65V(vs.可逆氢电极(RHE))
·循环次数：120次循环
·电位扫描速度：10mV/sec
·电极旋转速度：1500转/分钟(rpm)
·电极上的催化剂的担载量：0.2mg/cm
CN116194213A 电极催化剂墨液
技术背景
为了制造膜电极接合体，考虑到制备水电解用的电极催化剂墨液。例如，作为水电解用的电极催化剂墨液，可使用在水和有机溶剂等两种以上溶剂中分散有催化剂材料和有机聚合物的混合液。也就是说，在混合溶剂中分散有催化剂材料和有机聚合物的混合液可作为电极催化剂墨液使用。为了使用电极催化剂墨液制作膜电极接合体的电极催化剂层，例如将电极催化剂墨液涂布于电解质膜或气体扩散层。将电极催化剂墨液涂布于电解质膜或气体扩散层的方法的例子有喷涂法、模涂法、狭缝涂布法、浸渍法和喷墨法。由此，可得到在阳极和阴极的至少一者中包含电极催化剂的电极催化剂层。
在电极催化剂墨液中，例如当催化剂和有机聚合物等催化剂材料凝集时，催化剂材料的表观的粒径会增大。由此，例如在采用喷墨法向电解质膜或气体扩散层上涂布电极催化剂墨液时，装置的喷嘴会发生堵塞。此外，在电极催化剂墨液中，如果催化剂材料凝集，则难以均匀调节电极催化剂层的膜厚。其结果，有可能导致电极的性能发生不均变动、电极催化剂的制造成本增加、或者电极催化剂的生产率降低。因此，在电极催化剂墨液中，关键在于抑制催化剂材料的凝集。换言之，电极催化剂墨液中所含的溶剂，关键在于被设计成对于催化剂和有机聚合物等催化剂材料具有适当的亲和性。
发明实质
本发明人对于具有优异的分散性的电极催化剂墨液反复进行了认真研究。其结果，新发现在电极催化剂墨液中，电极催化剂墨液所含的成分与溶剂满足规定的关系有利于具有优异的分散性。
图1、电极催化剂墨液组成说明
图1是示意性地表示本实施方式涉及的电极催化剂墨液的图。电极催化剂墨液1包含：含层状双氢氧化物(LDH)的催化剂10、有机聚合物11和溶剂12。溶剂12与催化剂10的汉森溶解度参数距离Ra1 为15.0MPa1/2 以上且小于20.5MPa1/2 。溶剂12与有机聚合物11的汉森溶解度参数距离Ra2 为10.0MPa1/2 以上且14.0MPa1/2 以下。根据这样的技术构成，能够提供具有优异的分散性的电极催化剂墨液1。
知识点
汉森溶解度参数距离是用于描述化学物质之间相互作用强度的概念。它是基于汉森溶解度参数（Hansen Solubility Parameters）的理论模型而来。
汉森溶解度参数是一种用于描述溶剂和溶质之间相互作用的物理化学参数。它包括三个参数：极性参数（δP）、分散参数（δD）和氢键参数（δH）。这些参数反映了溶剂和溶质之间的相互作用类型和强度。
汉森溶解度参数距离是用来衡量两种化学物质之间在汉森空间中的相似性或差异性。它是通过计算两种物质的汉森溶解度参数之间的欧氏距离得到的。欧氏距离是用来衡量两个向量之间的距离，它表示在多维空间中两个向量之间的直线距离。
汉森溶解度参数距离可以用于预测化学物质之间的相溶性、溶解度和相互作用，以及进行溶剂选择、药物设计和材料开发等方面的研究。通过比较不同化学物质的汉森溶解度参数距离，可以评估它们之间的相似性或差异性，从而帮助理解它们之间的相互作用机制和性质。
图2、汉森溶解度参数距离
CN116133746A 水电解小室的电极催化剂
技术背景
为了提供高效率且长寿命的水电解装置，特别需要提高催化剂的性能及催化剂的耐久性。包含过渡金属的层状双氢氧化物(LDH)显示出优异的催化剂活性。因此，近年来，作为催化剂材料，LDH的利用受到关注。但是，如非专利文献1所示的那样，存在如下问题：由于对催化剂施加电压，导致催化剂性能劣化，过电压增加。认为其原因在于，由于电压的施加，导致Ni-Fe LDH的形状发生变化，由此，Ni-Fe LDH从载体分离。为了使Ni-Fe LDH具有高耐久性，抑制Ni-Fe LDH从载体分离是重要的。
通过使用包含螯合剂的LDH作为催化剂，从而催化剂活性提高。但是，即使在这样的催化剂中，催化剂的性能也有可能随着从载体的分离而降低。
技术方案
提出水电解小室的电极催化剂具备：
作为一种包含螯合剂的层状双氢氧化物的催化剂、包含过渡金属的载体、和具有阴离子性官能团的有机化合物。
图1、催化剂结构示意图
图1为示意性地示出本实施方式涉及的水电解小室的电极催化剂的图。本实施方式涉及的电极催化剂1具备催化剂10、包含过渡金属的载体11和有机化合物12，所述催化剂10为包含螯合剂的LDH。有机化合物12具有例如阴离子性官能团，存在于担载于载体11上的催化剂10的表面。根据这样的构成，可提供具有高耐久性的电极催化剂1。
实测效果
链接
https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/073742421/publication/CN113302341A?f=pa_full%3Ain%3DPANASONIC%20IP%20MAN%20CO%20LTD&q=ti%20all%20%22water%20Electrolysis%20catalyst%22
