(57)【要約】【課題】  電気化学反応において活性化エネルギーを低減し、電気化学反応を起きやすくする電気化学反応用電極を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明は、電極表面の電気化学反応領域に、電気化学反応における反応化学種との間に振動結合を形成するようなプラズモン構造を備える電気化学反応用電極である。【選択図】  図２Ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極表面の電気化学反応領域に、電気化学反応における反応化学種との間に振動結合を形成するようなプラズモン構造を備えることを特徴とする電気化学反応用電極。
【請求項２】
前記プラズモン場は、少なくとも一つの反応化学種に由来する振動モードに対して、前記振動結合を形成する周波数の光を含む請求項１に記載の電気化学反応用電極。
【請求項３】
前記振動結合を形成するとは、前記反応化学種と前記プラズモン構造から生じるプラズモン場の間にラビ分裂が生じることである請求項１または２に記載の電気化学反応用電極。
【請求項４】
前記プラズモン場を、前記電極表面に接する電気化学反応領域を覆うように生じさせる請求項１から３のいずれか一項に記載の電気化学反応用電極。
【請求項５】
前記電極は、前記反応化学種の振動モードと略一致するピッチを持つバンプアレイまたはホールアレイを備えている請求項１から４のいずれか一項に記載の電気化学反応用電極。
【請求項６】
前記プラズモン場において振動結合が形成され、前記電気化学反応用電極上に形成される電気二重層において、前記反応化学種の反応過程が行われる請求項１から５のいずれか一項に記載の電気化学反応用電極。
【請求項７】
少なくとも表面が前記反応化学種の吸着能と電子移動能を有する請求項１から６のいずれか一項に記載の電気化学反応用電極。
【請求項８】
少なくとも表面に金属、金属酸化物、金属合金、を含む請求項１から６のいずれか一項に記載の電気化学反応用電極。
【請求項９】
少なくとも１つの電極が請求項１から８のいずれか一項に記載の電気化学反応用電極であることを特徴とする電気化学反応装置。
【請求項１０】
電極表面の電気化学反応領域に、電気化学反応における反応化学種との間に振動結合を形成するようなプラズモン場を生じさせることを特徴とする電気化学反応の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気化学反応用電極、電気化学反応装置及び電気化学反応の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学反応による分解や合成は、現代の工業文明を成立させるためにはなくてはならない基本的な技術である。化学反応は反応系に関わる全ての化学物質の化学結合の生成と切断をもとに、Gibbsエネルギーの総和が極小をとるように自発的に行われる物質の変化のことをいう。その結果、化学反応は外部からエネルギーを投入しない限り、不可逆過程となりその変化する方向は一方向になる。
【０００３】
この化学反応を、電子が放出される反応であるアノード反応と、電子を受け取る反応であるカソード反応とに分け、それぞれの反応を物理的に離れた場所である電極において行う操作により為すことができる。これを電気化学反応という。この電気化学反応では、通常の化学反応では熱として生じるエネルギーを電気エネルギーとして取り出す操作（電池反応）や、外部からの電気エネルギーを与えることにより反応の方向を逆転させる操作（電気分解）を行うことが可能となる。
【０００４】
電気化学反応は、電池反応や電気分解のように工業的に極めて幅広く利用されている。たとえば電池反応では、各種一次電池、二次電池、燃料電池など様々な用途へ電気化学反応を利用した系が用いられている。また、電気分解も水からの水素取り出しをはじめとするさまざまな電気分解反応が工業的に利用されている。さらには、さまざまな新規技術の研究開発も行われている。たとえば、アンモニア燃料電池のような応用（非特許文献１）や、アンモニアの電気化学合成手法の提案（非特許文献２）のようなものも近年試みられている。
【０００５】
現在、工業的に利用されている種々の電気化学反応の効率向上にさまざまな試みが行われている。たとえば、燃料電池の性能向上に対する電極へのアプローチとしては、電極表面における触媒化学種の組成や構造の最適化、電気化学反応量を増やすための電極表面積の増大といった手法が用いられてきた。しかし、このような既存の電気化学反応用電極に対する性能向上アプローチは、電極を構成する材料の物性・組成や構造に大きく依存した、物理化学的限界が定められている。その結果、最適な電極や触媒材料の探索を行うための総当り的な研究開発を行う等、開発・実現コストの高騰が発生している。そこで、既存の電気化学反応を利用した装置に対してコストを低減し、高効率な電気化学反応装置を実現することが望まれている。
【０００６】
一方、化学反応を制御する新しい方法として、電磁波と物質間の結合を利用する手法が開示されている（特許文献１）。この文献には、１つ以上の分子、生体分子、または物質の化学的特性、仕事関数、電気化学ポテンシャル、および／またはＮＭＲ周波数を改変する方法であって、分子、生体分子、または物質（２）における遷移と共鳴する電磁的モードを有する反射またはフォトニック構造（１）をもたらす工程と、分子（単一もしくは複数）、生体分子（単一もしくは複数）、または物質（２）を上記のタイプの構造内または構造上に配置する工程と、を主に含む方法、が開示されている。電磁的モードとは表面プラズモンモードまたはキャビティモードであり、反射構造またはフォトニック構造はプラズモン構造であるとしている。この手法を化学物質の反応系へ適用することにより、電磁波と物質の間に結合を生じさせ、新しい遷移準位を構築することによって、化学反応の制御を可能とすることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１４−５１３３０４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Rong Lan and Shanwen Tao, "Ammonia as a suitable fuel for fuel cells", Frontiers in Energy Research, 2 (2014) 35. (doi: 10.3389/fenrg.2014.00035)
【非特許文献２】E. Skulason, T. Bligaard, S. Gudmundsdottir, F. Studt, J. Rossmeisl, F. Abild-Pedersen, T. Vegge, H. Jonsson, and J.K. Norskov、"A theoritical evaluation of possible transition metal electro-catalyst for N2 reduction", Physical Chemsitry Chemical Physics, 14 (2012) 1235. 及び E. Skulason, "Electrochemical formation of ammonia on transition metal surfaces"(https://notendur.hi.is/~egillsk/stuff/annad/El_AS_paper.pdf).
【非特許文献３】Junepyo Oh, et. al, "Lateral Hopping of CO on Ag(110) by Multiple Overtone Excitation", Physical Review Letters, 116 (2016) 056101.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のとおり、現在、工業的に利用されている種々の電気化学反応の効率向上にさまざまな試みが行われており、電極表面における触媒化学種の組成や構造の最適化、電気化学反応量を増やすための電極表面積の増大といったアプローチが用いられている。だが、このようなアプローチは、電極を構成する材料の物性・組成や構造に大きく依存した、物理的化学的限界が定められており、最適な電極や触媒材料の探索を行うための総当り的な研究開発を行う等、開発・実現コストの高騰が発生している。
【００１０】
一方、上述の特許文献１では、既存の技術の問題点を克服する手段として、電磁波と物質間の結合を利用する方法が開示されている。しかしながら、特許文献１では、電磁波と物質間の結合という物理現象と反応という化学現象を実際の系において構築することの詳細が開示されておらず、具体的な装置を設計することが困難である。そのため産業への応用が阻まれていた。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決し、電気化学反応を顕著に促進できる電気化学反応用電極とそれを用いた電気化学反応用装置、並びに電気化学反応の形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、電極表面の電気化学反応領域に、電気化学反応における反応化学種との間に振動結合を形成するようなプラズモン構造を備えることを特徴とする電気化学反応用電極である。
【００１３】
また本発明は、少なくとも１つの電極が前述の電気化学反応用電極であることを特徴とする電気化学反応装置である。
また本発明は、電極表面の電気化学反応領域に、電気化学反応における反応化学種との間に振動結合を形成するようなプラズモン場を生じさせることを特徴とする電気化学反応の形成方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、電気化学反応を顕著に促進できる電気化学反応用電極を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】光学モードの伝搬と減衰についての説明図である。
【図１Ｂ】光学モードの伝搬と減衰についての説明図である。
【図１Ｃ】様々な金属について、波数と減衰長の関係を示す図である。
【図１Ｄ】様々な金属について、波数と伝搬長の関係を示す図である。
【図２Ａ】電気化学反応用電極の例を示す概略断面図である。
【図２Ｂ】電気化学反応用電極の近傍における反応化学種の反応過程を説明する図である。
【図３Ａ】光閉じ込め構造を持つプラズモン場を構築する構造の例である正方格子状のホールアレイを示す図である。
【図３Ｂ】光閉じ込め構造を持つプラズモン場を構築する構造の例である三角格子状のホールアレイを示す図である。
【図３Ｃ】光閉じ込め構造を持つプラズモン場を構築する構造の例である正方格子状のバンプアレイを示す図である。
【図３Ｄ】光閉じ込め構造を持つプラズモン場を構築する構造の例である正方格子状のバンプアレイを示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｃまたは図３Ｄの構造の断面図である。
【図４Ａ】電気化学反応用電極を利用した燃料電池の構成の例を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａの燃料電池の動作を示す図である。
【図５Ａ】水分子の種々の振動モードを説明する図である。
【図５Ｂ】アンモニア分子の種々の振動モードを説明する図である。
【図６】電気化学反応用電極構造を示す断面図である。
【図７Ａ】汚水配管中へアンモニアの電気化学分解装置を設置した例を示す模式図で、配管の径方向の断面図である。
【図７Ｂ】汚水配管中へアンモニアの電気化学分解装置を設置した例を示す模式図で、図７Ｂは配管の長さ方向の断面図ある。
【図８Ａ】アンモニア電気化学合成に関する説明図で、Ｒｕ（０００１）面上におけるアンモニア合成経路を示す図である。
【図８Ｂ】アンモニア電気化学合成に関する説明図で、図７Ａのアンモニア合成経路の各式におけるGibbsエネルギーの変化を示す図である。
【図９】本発明の実施例３の化学物質合成装置の概略図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
本発明の実施形態に関して、以下に、図を引用しながら説明を行う。
本実施形態の電気化学反応用電極は、電気化学反応における反応化学種との間に振動結合を形成するようなプラズモン場を電極表面に生じさせるものである。これを説明する為、(1)電極表面におけるプラズモン場の効果、(2)望ましい電極構造、(3)電気化学反応用電極の電気化学反応装置への適用についてそれぞれ述べる。
(1)電極表面におけるプラズモン場
まず、電極表面におけるプラズモン場を構成する必要がある。このプラズモン場の考え方を説明するため、光と物質の相互作用について説明を行う。
【００１７】
局所的な光電場が存在できる構造に物質が置かれると、光と物質はエネルギー・運動量に関して新たな分散関係を持つようになる。このことはすべての物質に当てはまり、気相、液相、固相の相に依らない。この新たな分散は光の分散（右肩上がりの直線）および物質の分散（水平な直線）とアンチ・クロッシングした上枝（Ｐ＋）と下枝（Ｐ−）から成る曲線を成す。つまり、光電場が局所的な空間に物質と共に閉じ込められると、光と物質は混ざり合い、上枝と下枝の状態間をラビ角振動数ΩＲで行き来する。この状態は光−物質混成体と呼ばれ、巨視的コヒーレント（可干渉性の）状態である。光−物質混成体は、物質の分散に近いと「物質的」、光の分散に近いと「光的」、両分散の交点では物質と光が丁度半分ずつ、つまり、エネルギー・運動量の分散関係に応じて任意の割合で混合する。上枝状態と下枝状態のエネルギー差はラビ（Ｒａｂｉ）分裂エネルギーと呼ばれ、光と物質間の相互作用の強さに比例する。上述の光と物質の混成をエネルギー準位図で考えると、物質の基底状態と励起状態間の遷移エネルギーが光学モードのエネルギーと一致する、つまり、共鳴する時、物質の励起状態は分裂幅が
2018073719.tif 000003
つまり、エネルギーが
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と
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の２つの状態にラビ分裂する。
【００１８】
この時、ラビ分裂の励起状態幅（ラビ分裂エネルギー）
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と、物質の遷移エネルギー
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の比であるΩＲ／ω０は結合強度と呼ばれる。結合強度は物質の遷移エネルギーが光と物質の相互作用により、どれくらいラビ分裂するかを表す指標と言い換えることができる。概ね、結合強度：ΩＲ／ω０が０．０１未満の場合を弱結合、０．０１以上０．１未満の場合を強結合、０．１以上１以下の場合を超強結合、１を超える場合は超々強結合と呼ぶ。本実施形態において、反応化学種とプラズモン場の間に振動結合を生じるとは、反応化学種とプラズモン場との間にラビ分裂が生じることをいう。
【００１９】
次に、化学反応について考える。化学反応は、物質における化学結合の切断と生成によりなされる。例えば、Ａ、Ｂ、Ｃを原子とし、分子ＡＢが切断され、新たに分子ＢＣが生成される化学反応はＡＢ＋Ｃ→Ａ＋ＢＣのように記述される。この時の化学反応について少し説明を行う。まず、原子Ａと原子Ｂは化学結合を介して結合し分子ＡＢを形成している。通常の安定した条件下においては、分子ＡＢは平衡核間距離近辺において分子振動を行っている。この分子ＡＢに対して熱エネルギーなどを与えると、古典的には分子振幅が大きくなり、分子ＡＢに許されたエネルギー準位に対して遷移を行うこととなる。エネルギーが与えられ、分子振動が大きくなると、最終的には、分子ＡＢは結合を失い、原子Ａと原子Ｂへと解離する。同様に、原子Ｂと原子Ｃも分子ＢＣを形成することができ、分子ＢＣもその物性により定められる平衡核間距離において分子振動を行っており、熱エネルギーなどを与えると分子振動が大きくなるエネルギー準位へと遷移する。そのため、正方向の化学反応では、分子ＡＢと、それに近接した原子Ｃがあるとき、分子ＡＢに振動エネルギーが与えられていくと、分子振動の振幅が大きくなる。最終的には分子ＡＢの化学結合が切断され、原子Ａと原子Ｃとの間に原子Ｂが存在する遷移状態を経由して、最終的には原子Ｂと原子Ｃの間に結合を生じ、分子ＢＣが得られる。この時の、分子ＡＢの化学結合を切断し、遷移状態を経由して、分子ＢＣを生じる時のエネルギーが活性化エネルギーに相当する。すなわち、この化学反応においては、安定な状態の分子ＡＢのエネルギー準位（化学ポテンシャル）へ、熱エネルギー等を与え分子振動を大きくすることで高エネルギー準位である遷移状態を経由させ、分子ＢＣの安定なエネルギー準位へと移動するポテンシャルの変化がある。この、山を越えるようなエネルギー準位の遷移が反応ポテンシャルである。したがって、化学反応を容易にするためには、この反応ポテンシャルの形状を変更する必要がある。一般に、触媒は、この反応ポテンシャルの経路を異なるものとすることにより、活性化エネルギーの軽減を行う。しかしながら、そのような異なる経路を任意で作成することは困難である。しかし、光と物質の相互作用の一種である振動結合を利用すれば、この活性化エネルギーの低減も可能となる。
【００２０】
電気化学反応に関しても、化学反応と同様の議論が成立する。電気化学反応は、化学反応を電子の放出反応（アノード反応）と電子の受領反応（カソード反応）とに分け、それぞれを物理的に離れた電極上で行うものであり、電子の授受や電界による外部からのさらなる化学ポテンシャルの印加を行うことにより化学反応の制御を行うことができる。電気化学反応におけるアノード反応やカソード反応は、電子の授受を含めた化学結合の切断・形成を行っているため、上述した活性化エネルギーの低減も同様に可能である。
【００２１】
さらに、振動結合と振動結合による化学反応促進について説明する。振動結合とは、上述のように、光と物質の相互作用の一種であり、たとえば、表面プラズモン・ポラリトン構造が形成する赤外領域（波長１〜１００μｍ）の電磁波を持つ光学モードと、分子や結晶など化学物質の振動モードが結合する現象を指す。
【００２２】
この時の化学反応に用いる化学物質が持つ振動モードとその要件を説明する。Ｎ個の原子から成る分子は、並進と回転の自由度を除いた３Ｎ−６個の振動モードを持つ（但し、直線分子の場合は３Ｎ−５個）。この内、振動結合に利用できる振動モードは双極子許容に限る。この理由は遷移双極子モーメントがゼロであると、ラビ分裂エネルギーもまたゼロとなり、結果、結合強度もゼロとなるためである。双極子許容は換言すると、赤外活性のことであり、赤外吸収があるものを指す。赤外活性の振動モードは、化学物質に対称中心があれば、逆対称伸縮振動や逆対称変角振動等が生じる。また、対称中心がなければ、逆対称伸縮振動や逆対称変角振動等に加え、対称伸縮振動や対称変角振動等も含まれる。ラビ分裂エネルギーは遷移双極子モーメントに比例するため、遷移双極子モーメントが大きいほど結合強度は大きくなり、相対反応速度定数も増大する。つまり、遷移双極子モーメントが大きい振動モードほど、振動結合は化学反応をより促進する。
【００２３】
遷移双極子モーメントの一般的な傾向としては、等原子間よりは異原子間の振動モード、質量差が大きい原子間よりは小さい原子間の振動モード、単結合よりは多重結合の振動モード、短い共役系よりは長い共役系の振動モードにおいて、遷移双極子モーメントが相対的に大きい。この傾向は振動結合による化学反応の促進度にも継承される。すなわち、質量差が比較的小さい異原子間の多重結合の振動モード、例えば、Ｃ＝Ｎ、Ｃ＝Ｏ、Ｃ＝Ｐ、Ｃ＝Ｓ、Ｎ＝Ｏ、Ｎ＝Ｐ、Ｎ＝Ｓ、Ｏ＝Ｓの各振動モードを持つ化学物質は振動結合による化学反応促進の効果をより期待できる。
【００２４】
一方で、遷移双極子モーメントは振動モード固有、すなわち、化学物質固有なので反応系が定まると変えることは出来ない。他方、ラビ分裂エネルギーは物質の濃度の平方根に比例し、ラビ分裂エネルギーは物質の濃度の０．４乗に比例する。つまり、理論的にはΩＲ∝Ｃ０．５、実験的にはΩＲ∝Ｃ０．４である。従って、何れにせよ、振動結合による化学反応の促進度を上げる手段としては、濃度Ｃを増加させることを通して結合強度ΩＲ／ω０を増大させることで、相対反応速度定数κ−／κ０を大きくすることが汎用性のある方法となる。すなわち、化学物質の濃度を上げることは、超々強結合領域に突入しない限り、振動結合下の反応速度定数を増大する手段として有効である。特に、振動強結合、振動超強結合に対して濃度増加は顕著な効果をもたらす。
(2)望ましい電極構造
これまでに述べてきたように、電気化学反応用電極表面において振動結合を電極表面に広がる光学モードと、反応化学種との間に形成することにより、飛躍的な化学反応促進作用を得ることができる。この飛躍的な化学反応促進作用を得るべく振動結合を生じさせるためには、まず、電極表面において光学モードを立たせる必要がある。言い換えれば、電極表面において光電場を閉じ込める必要がある。このような、光電場を閉じ込め可能な構造として、本実施形態では表面プラズモン・ポラリトン構造を用いる。表面プラズモン・ポラリトン構造は、一般には、誘電関数の実部が負で絶対値がより大きく、その虚部は絶対値がより小さい材料、典型的には金属が、大きさ、ピッチとも目的の光の波長程度の微小構造として、誘電体表面に周期的に多数並んだ構造を指す。振動結合に利用する場合は、金属微小構造の大きさ、ピッチは赤外光の波長程度、すなわち、１〜１００μｍ程度である。ここで金属微小構造の大きさとは後述の図３のホールアレイの深さ、バンプアレイであれば金属の高さを意味する。
【００２５】
次に光学モードの伝搬と減衰について説明する。図１Ａ、図１Ｂに示すように、誘電体１３と金属１１の界面１５を考え、界面１５上に原点Ｏ、界面１５に垂直方向にｚ軸、界面１５に平行方向にｘ軸を取る。図１Ａに示すように、ｚ軸方向の電場Ｅｚの強度｜Ｅｚ｜２が半分つまり｜Ｅｚ｜２／２になる、原点から誘電体側ｚ軸方向の距離Ｌｚは光学モードの減衰長（誘電体内）とばれる。また、図１Ｂに示すように、ｘ軸方向の電場Ｅｘの強度｜Ｅｘ｜２が半分つまり｜Ｅｘ｜２／２になる、原点Ｏから距離Ｌｘは光学モードの伝搬長と呼ばれる。誘電体１３の誘電率εＤと金属１１の誘電率εＭを用いると、減衰長Ｌｚと伝搬長Ｌｘはそれぞれ、次の（式１）、（式２）で表される。
L_z=λ/4π×1/Im(εD/√(εM+εD )) （式１）
L_x=λ/4π×1/Im(√((εM ・εD)/(εM+εD ))) （式２）
【００２６】
ここでλは波長（λ＝２πｃ／ω、ｃ：光速度）であり、Ｉｍ（Ｃ）は複素数Ｃから実部を削除して虚部を除く演算子つまり複素数Ｃの虚数部分のみを表わす演算子である。一般に、物質の誘電率は虚部と実部を持つ複素誘電関数であり、複素誘電関数は波長依存である。従って、減衰長Ｌｚおよび伝搬長Ｌｘは波長依存性を有することとなる。図１Ｂを参照すれば、（ａ）は（式１）に基づいて計算された減衰長Ｌｚの波数（波長）依存性であり、（ｂ）は（式２）に基づいて計算された伝搬長Ｌｘの波数（波長）依存性である。ここでは、代表的な金属である銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、パラジウム（Ｐｄ）、チタン（Ｔｉ）について、赤外領域の複素誘電関数の実験値を用いた。また誘電体の誘電関数は実部のみで、簡単のため、εＤ＝１と置いて計算した。また、それぞれの図で、縦軸は波長λで規格化した（Ｌｚ／λおよびＬｘ／λ）。従って、ある波長λにおける縦軸の値はその波長λの何倍に当たるかを示す。  まず、図１Ｃに示される減衰長Ｌｚの波数（波長）依存性を詳細に見ると、幾つかの特徴が挙げられる。
【００２７】
第１の特徴は、可視領域において減衰長Ｌｚは一般に波長の半分程度であるのに対し、赤外領域においては、減衰長Ｌｚは波長程度から波長の数十倍の大きさになることである。減衰長Ｌｚは光学モードが垂直方向に存在できる範囲であるので、振動結合の効果が及ぶ範囲と見なせる。従って、振動結合により化学反応を促進する際、減衰長Ｌｚは出来るだけ大きいことが望ましい。波数４００〜４０００ｃｍ−１（波長２５〜２．５μｍ）の全範囲において、減衰長Ｌｚが波長の１０倍以上になるのは銀、金、アルミニウム、銅の場合であり、特に、銀と金の場合、減衰長Ｌｚは、それぞれ、波長の約８０倍、約５５倍の大きさになる。具体的に見ると、銀の場合、波数１０００ｃｍ−１（波長１０μｍ）ならば、金属と誘電体の界面から垂直（ｚ軸）方向に約０．８ｍｍまで光学モードの存在領域が及ぶということである。同じ条件で光学モードの垂直方向の存在領域は、金ならば約０．５ｍｍ、アルミニウムや銅ならば約０．２５ｍｍ、タングステンやニッケルならば約０．２ｍｍ、白金やコバルトならば約０．１ｍｍとなる。すなわち、多くの金属において、振動結合の効果は界面から垂直方向にサブミリオーダーまで波及することになる。すなわち、本実施形態で示す振動結合による反応促進の機構を勘案するに、電気化学反応用電極表面からサブミリオーダーの範囲に反応化学種が存在すれば、その化学種は反応促進作用を享受することが可能である。
【００２８】
第２の特徴は、減衰長Ｌｚが金属の種類により大きく異なることであり、例えば、減衰長Ｌｚが最大の銀と最小のチタンで１〜２桁の相違がある。
【００２９】
第３の特徴は、銀、金、アルミニウム、銅、タングステンの場合、減衰長Ｌｚは波数（波長）による相違が高々２倍以内と比較的小さく、特に、銀と金の場合、減衰長Ｌｚは殆ど波数（波長）依存性がなく、一定値を取る。これに対し、ニッケル、白金、コバルト、鉄、パラジウム、チタンの場合、減衰長Ｌｚは波数（波長）による相違が１桁程度と大きくなる。
【００３０】
以上、減衰長Ｌｚの波数（波長）依存性に関する３つの特徴から、振動結合による化学反応促進の用途に適する金属を分類すると、銀と金が最も優れ、次いでアルミニウム、銅、タングステンが望ましく、ニッケル、白金、コバルト、鉄、パラジウム、チタンは可となる。その他、誘電関数の実部が負で絶対値がより大きく、その虚部は絶対値がより小さい材料であれば利用可能であり、ここでは取り上げなかった他の単体金属、金属合金、金属酸化物、グラフェンやグラファイト等もこれに該当する。
【００３１】
次に、図１Ｄを参照すると、伝搬長Ｌｘの波数（波長）依存性には幾つかの特徴が挙げられる。
【００３２】
第１の特徴は、可視領域において伝搬長Ｌｘは波長の高々１０倍程度（数μｍ程度）であるのに対し、赤外領域では１０倍から１０４倍にも及ぶことである。具体的には、銀の場合、波数１０００ｃｍ−１（波長１０μｍ）ならば、水平方向に約６０ｍｍ四方という非常に広い範囲で光学モードはコヒーレンス（可干渉性）を維持できる。同じ条件でコヒーレンスの広がりは、金ならば約４０ｍｍ四方、アルミニウムならば約２５ｍｍ四方、銅ならば約１５ｍｍ四方、タングステンならば約８．５ｍｍ四方となる。またニッケルなら約７ｍｍ四方、白金なら約４．５ｍｍ四方、コバルトなら約３ｍｍ四方、鉄ならば約２．５ｍｍ四方、パラジウムならば約１．５ｍｍ四方、チタンならば約１ｍｍ四方となる。伝搬長Ｌｘは光学モードがコヒーレンスを保持できる水平方向の広がりと見なすことが出来る。従って、ミリオーダーからセンチオーダーの広がりを持つ、文字通りの巨視的コヒーレント状態が実現される。一方、ラビ分裂エネルギー
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は粒子数Ｎの平方根に比例する。故に、結合強度ΩＲ／ω０は伝搬長Ｌｘが大きいほど、相互作用できる粒子数Ｎが増える。更に、相対反応速度定数κ−／κ０は結合強度ΩＲ／ω０に対して指数関数的に増加するので、結局、伝搬長Ｌｘが大きいほど、相対反応速度定数κ−／κ０は大きくなる。従って、振動結合により化学反応を促進する目的には、伝搬長Ｌｘが大きいほど良い。
【００３３】
第２の特徴は、どの金属でも伝搬長Ｌｘは波数（波長）よる相違が約１桁と大きいことである。
【００３４】
第３の特徴は、金属の種類による相違が約２桁と大きいことである。
【００３５】
以上、伝搬長Ｌｘの波数（波長）依存性に関する３つの特徴から、振動結合による化学反応促進の用途に適する金属を順に挙げると、銀、金、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、白金、コバルト、鉄、パラジウム、チタンとなる。その他、誘電関数の実部が負で絶対値がより大きく、その虚部は絶対値がより小さい材料であれば利用可能であり、上述の材料以外の単体金属、合金金属、金属酸化物、グラフェンやグラファイト等もこれに該当する。
【００３６】
これまでに述べてきたように、電気化学反応における反応化学種の振動モードと、当該振動モードと振動結合を行うように周波数が選択された電気化学電極表面に存在するプラズモン場とにより振動結合を生じさせる。それによって化学反応の促進を実現し、より効率よく電気化学反応を実現することが可能である。この時に選択する周波数は、反応化学種の振動モードに相当するエネルギーを持つ光の周波数である。
【００３７】
別の言い方をすると、本実施形態では、化学反応を行う反応化学種との振動結合を生じる赤外領域の電磁波周波数を導出し、導出した周波数の電磁波をプラズモン場として電極近傍に生じさせる構造を持つ電気化学反応用電極を構成している。すると、電気化学反応用電極表面における反応化学種の振動モードと、プラズモン場に存在する赤外領域の光学モードとが結合する。それにより、反応化学種が振動結合を形成し、分子の化学結合が切れやすくなる。その結果、活性化エネルギーが低減し、電気化学反応が進行しやすくなる。
【００３８】
図２Ａは本実施形態で用いる電気化学反応用電極２０の概略断面図、図２Ｂは、電気化学反応用電極の近傍における反応化学種の反応過程を説明する図である。この電気化学反応用電極２０（図２Ａ、図２Ｂでは電極２０（Hole Array）と略称で表示している）は、遷移金属や金属酸化物、カーボンナノチューブやグラフェン、グラファイトなどの炭素材料に代表されるような電気伝導率の高い材料を持ち、かつ、ホールアレイ構造のようなプラズモン場領域２６（以下プラズモン場２６と略称）を構築する構造を持つ。その結果、図２Ａ、図２Ｂに示すような赤外領域の光学プラズモン場を構築する。このプラズモン場２６は少なくとも一つ以上の反応化学種に由来する振動モードに対して、上述した振動結合を形成する周波数の光を含む。反応化学種に由来する振動モードとは次のようなことを言う。つまり反応化学種そのものが持つ振動モードや、反応化学種が表面に吸着する（吸着能を持つ）ことによって形成される複合体に由来する振動モード、反応化学種が脱離する際に必要となる振動エネルギーなどを含む赤外領域の周波数を持つエネルギー準位のことである。電極２０は、このような周波数を持つ電磁波を少なくとも一つ以上の周波数を含む電磁波を閉じ込める構造（光閉じ込め構造）を持つ。また当然ながら電気化学反応用電極２０は、電流が流れるように電子移動能を持つ。
【００３９】
そのような閉じ込め構造を持つプラズモン場を構築する構造としては、図３Ａに示すような正方格子状や図３Ｂに示すような三角格子状にホールが配置されたホールアレイ３１、３２がある。また図３Ｂに示すような三角格子状や正方格子状にバンプが配置されたバンプアレイ３３もある。図３Ａ、図３Ｂとも上方の図が平面図、下方の図が断面図である。ホールアレイ構造３１、３２は、金属３４の板に貫通したまたは貫通しないホール３５を正方格子状（図３Ａ）または三角格子状（図３Ｂ）に形成したものである。ホール３５内は何もない空間かまたは該当波長域の光が透過する溶媒が存在する。またバンプアレイ３３は上述の金属３４の板に、バンプ３６を正方格子状（図３Ｃ）または三角格子状（図３Ｄ）に形成したものである。図３Ｅは図３Ｃまたは図３Ｄの構造の断面図である。
電気化学反応用電極表面に光電場を閉じ込めることができるのであれば、これら以外の他の構造を用いることももちろん可能である。また、電気二重層領域２４は電極表面からの電気二重層の領域を示している。通常、電極２０の表面から電気二重層領域２４内において、反応化学種は電荷移動過程、後反応過程、脱離過程といった反応過程を経る。電荷移動過程は反応物の電荷の授受や電極に吸着し反応中間体を生成する過程である。後反応過程は吸着中間体の表面化学反応や二次・三次の放電等を行う過程である。脱離過程は脱着・拡散などにより電極表面からの脱離を経て電気二重層の領域から離れる過程である。この電荷移動過程、後反応過程、脱離過程といった界面における反応過程を活性化反応や界面反応過程と呼ぶ。本実施形態においては、これら界面反応過程が行われる領域のことを電気化学反応領域と定義する。
【００４０】
一般に、電気化学反応領域は、電気二重層の領域と略一致する。図２に示すとおり、プラズモン場２６は電気二重層領域２４を完全に覆うように構築される。このプラズモン場２６の内部において、反応化学種はプラズモン場２６との間に振動結合を形成し、さらに、電気二重層領域２４の内部において、反応化学種は電極表面との間において電子の授受を行う。この結果として、電気化学反応の反応促進がなされることとなる。この時の、電気化学反応用電極の近傍における反応化学種の反応過程について、図２Ｂを用いて説明を行う。まず、溶液中の反応化学種２７（図２ＢではＮＨ３）が電極２０近傍に対して拡散により接近する（（１））。その後、プラズモン場２６へ反応化学種２８が入ることにより、反応化学種の振動モードとプラズモン場２６の光電磁波周波数との間において振動結合状態を形成する（（２））。さらに、反応化学種２７はより電極２０表面に近い電気二重層領域２４へと入る。それにより、振動結合状態において電子の授受や他の反応化学種２８（ＯＨ−）との間における電気化学反応を行う（（３））。この（３）の過程において、振動結合による電気化学反応の反応促進が生じ、結果として容易に化学反応が進行することとなる。最後に、反応が終了後、反応生成物２９（Ｎ２）は拡散により電極２０近傍から離脱する（（４））。このように、電気化学反応用電極の近傍において化学反応を促進することが可能となる。
【００４１】
以上の説明から明らかなように、本実施形態は以下のような効果がある。
【００４２】
まず、電極表面において、反応化学種に対応するプラズモン構造が形成する光学モードと化学反応に係る反応化学種の振動モードが振動結合することにより、振動エネルギーを減少させ、化学反応の活性化エネルギーを低減できる。そのため、化学反応の顕著な促進を実現した電気化学反応装置を提供できる。
【００４３】
また、活性化エネルギーを下げる手段として振動結合を利用することで、電気化学反応電極の構成材料の化学的性質に無依存で、あらゆるタイプの化学反応の促進を実現した電気化学反応装置を提供できる。
【００４４】
また、活性化エネルギーを下げる手段として振動結合を利用することで、高温・高圧といった条件が必要となる化学反応をより温和な条件下で行うことを実現した電気化学反応装置を提供できる。
【００４５】
また、表面吸着した反応化学種と電極材料表面とにおいて生じる振動モードと、反応化学種に対応するプラズモン構造が形成する光学モードとの振動結合をすることにより、化学反応の活性化エネルギーを低減できるため、化学反応の顕著な促進を実現した電気化学反応装置を提供できる。
（実施例）
実際の具体的な電気化学反応に対して、本発明の電気化学反応用電極を電気化学反応装置に適用した実施例について、より詳細に以下に記述する。
[実施例１：燃料電池への適用]
まず、本実施例１による電気化学反応用電極を、アンモニア水を燃料としたアルカリ型燃料電池における反応用電極として適用した場合を例の一つとして述べる。
【００４６】
本実施例１において、燃料電池４０は図４Ａに示すような構成を持つ。すなわち、燃料電池筐体４１があり、この燃料電池筐体４１には、燃料槽４２と、そこに取り付けられた燃料４３の交換口４４（燃料交換口４４）が設けてある。また、電解質膜４５があり、その燃料槽側と空気側にはそれぞれ電気化学反応用電極が存在する。図４Ａではそれぞれ燃料極４６、空気極４７と称する。燃料極４６と、空気極４７間には電流の取り出し線４８がつながっている。二本の取り出し線４８は負荷４９に接続している。また、電解質膜４３はその内部をイオンが電導することが可能であり、空気極４７並びに燃料極４６の表面における電気化学反応と、空気極・燃料極間の電流、内部のイオン伝導、の組み合わせによって電気化学反応が完結する。
【００４７】
電解質膜としては例えば、ナフィオン等のプロトンを伝道する高分子イオン交換膜や、アニオン透過を行うイオン交換膜、固体酸化物電解質などがある。また燃料極・空気極に用いられる材料としては、白金、やルテニウム、金、銀などの貴金属や、（アニオン型高分子膜を電解質に使う場合は）、鉄、モリブデン、ニオブ、バナジウム、タングステン、チタン、ストロンチウム、コバルト、パラジウム、ニッケル、銅、ルテニウム、ロジウムなどの金属が考えられる。
【００４８】
本燃料電池においては、以下のような化学反応がなされる。
燃料極４６：ＮＨ３＋６ＯＨ− →  Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ＋６ｅ−
空気極４７：Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−
この時、燃料極４６において生じた電子は取り出し線４８を通じて空気極４７側へ輸送され、空気極４７側において生じたＯＨ−は電解質膜４５中を通じて燃料極４６側へ輸送されることにより、燃料電池が動作する（図４Ｂ）。
【００４９】
このそれぞれの電極４６、４７における電気化学反応において、その反応を律速するのは、燃料極４６におけるアンモニア分子（ＮＨ３）の解離と、空気極４７側の酸素（Ｏ２）および水の解離となる。そのため、このそれぞれの電気化学反応の反応速度を促進することにより、効率的な電気化学反応が可能となる。
【００５０】
例として、図５Ａに水分子の振動モードとその振動モードのときの振動波数、図５Ｂにアンモニア分子の振動モードとその振動モードのときの振動波数を示す。図５Ａ、図Ｂに挙げられている振動モードのうち、化学結合の切断において最も影響を与える振動モードを選択し、振動結合させることにより、電気化学反応の促進を行う。この時、電気化学反応を最も促進する振動モードがプラズモン場として選択されることが望ましい。そのような振動モードを評価する方法としては、たとえば電気化学反応用電極を用いてサイクリックボルタンメトリー(Cyclic Voltammetry)のような電気化学分析を行い、その電気化学反応の反応活性を評価する。それにより、最大の効率を持つ電極構造を決めることができる。一例として、アンモニア分子に対しては全対称伸縮モードである３３３７ｃｍ−１を、水分子に関しても全対称伸縮モードとなる３６５７ｃｍ−１を、それぞれ選択したとして以下述べる。
【００５１】
燃料電池の電極では、反応に関係ある化学種が電極表面において解離等を行う事、電極表面において電極より電子の授受が行えること、空気極から燃料極へのイオン種の輸送を行えるように、電極から解離後のイオン種が速やかに移動できることが、求められる。この時、電子の授受が電極表面から行われる領域は、おおよそ、電極表面に形成される電気二重層の領域と考えることができる。電気二重層の領域は、溶媒の粘度や溶液中の化学種により異なるが、水系溶媒の場合１ｕｍ以下の領域にとどまる。さらに、前述のとおり、燃料極および空気極の電極には、３３３７ｃｍ−１及び３６５７ｃｍ−１のプラズモン場を生じさせる構造を構築する。
【００５２】
そのようなプラズモン場を構成する電極構造の例として、薄層平板電極に対して周期的な孔が開いている、いわゆる、ホールアレイ構造、または周期的にバンプが形成されたバンプアレイ構造がある。図３Ａ〜図３Ｅにホールアレイ構造、バンプアレイ構造を示す。ホール３５またはバンプ３６のピッチ（隣接するホール間又はバンプ間の距離）を、３３３７ｃｍ−１に対応する波長２．９９μｍ（＝１／３３３７ｃｍ−１）、または、３６５７ｃｍ−１に対応する波長２．７３μｍ（＝１／３６５７ｃｍ−１）と略一致させる。当該波長域のプラズモン場を発生させるホールアレイ構造は、直径やホールの周期がおおよそマイクロメートルの領域において精度よく構成する。また、プラズモン場を発生させるにあたって、外部からの光や電力・熱を積極的に導入する必要はない。それは、物質（本実施例では電極）と光の混成体生成は、真空場との結合であり、外部からのエネルギー投入がなくとも、そのラビ分裂が実現されるからである。
【００５３】
また、この時のプラズモン場は、電極表面から、おおよそ数マイクロメートルの領域に広がる。それは、振動モードがおおよそ赤外領域の波長に広がっており（図５Ａ、図５Ｂの例だと２．６６ｕｍ〜１０．５ｕｍ）、可視光領域に比べて光伝搬距離が大きくなるためである。つまりプラズモン場が生成する空間は、図２Ａ、図２Ｂで示した電気二重層領域２４を覆うのに十分な広さであることを意味する。
【００５４】
このことは、本実施形態による電気化学反応用電極が、化学触媒を利用した系への適用を行うことをも可能とする。すなわち、通常の燃料電池電極では、化学的な触媒作用を持つ白金等のナノ粒子を、担持体たる炭素粒子上に担持し、それらを集電作用のある電極構造へ接することにより、白金等の金属表面における触媒作用を利用した高効率な電気化学反応を成立させている場合がある。本実施形態における電極構造に対しても、炭素担持体上に担持した白金触媒等により構成される触媒作用を持つ材料（以下、化学触媒と呼ぶ）を、プラズモン構造を持ちプラズモン場を持つ電極に接するように配置することが可能である。その際、この化学触媒がプラズモン場に含まれるように配置することにより、本実施形態よりなされる化学反応促進作用を適用した電気化学反応用電極として使用することができる。
【００５５】
具体的な例を図示して説明する。図６は電気化学反応用電極構造の断面図である。電気化学反応用電極（電極６０）はプラズモン場６１を構築するホールアレイ構造を持つ金属層による構造をとる。金属層の表面にはプラズモン場が生じている。図６の電極６０はホールが貫通していない構造であるが、化学触媒を保持できれば、ホールが貫通した構造の電極を用いても構わない。
【００５６】
ホールアレイ構造を持つ金属層に化学触媒が無い状態を図６の（ａ）に示す。さらに、図６の（ｂ）や（ｃ）に示すように、化学触媒は、このプラズモン場６１に内包され、かつ、電極６０の金属層に接するように配置する。この化学触媒は、図６の（ｂ）に示すように白金や鉄、銅などの遷移金属やその酸化物や窒化物、合金などの粒子をプラズモン場６１に内包されるように設置することによって、化学反応促進作用を、化学触媒６２ａを用いた電気化学反応用電極へと適用可能となる。さらには、図６の（ｃ）に示すように、前述の遷移金属やその酸化物、窒化物、合金（化学触媒６２ｂ）が炭素に代表される担持材料（担持体６３）上に担持され形成された複合体６４をプラズモン場６１に内包されるように設置してもよい。この場合でも同様に化学反応促進作用を適用した電気化学反応用電極として使用することが可能である。なお、分かりやすくするため、図６では一つの電気化学反応用電極構造６０上に（ａ）、（ｂ）、（ｃ）全ての場合を表示している。
【００５７】
以上、本発明による電気化学反応用電極を燃料電池へと適用した際の実施の形態について、アンモニアを燃料としたアルカリ型燃料電池を例に述べた。
[実施例２：電気化学分解装置に対しての適用]
他の例として、本発明による電気化学反応用電極を電気化学分解装置に対して適用した場合の形態について述べる。
【００５８】
電気化学反応として、化学物質の分解を行う場合にも、本発明における電気化学反応用電極を適用することが可能である。たとえば、家庭排水のような系においてアンモニア等の悪臭を発する化学種を分解することは一般に行われている。その手法の一つとして、電気分解を用いたアンモニア分解を例として、電気化学分解装置に対して本発明の電気化学反応用電極を適用した例について述べる。
【００５９】
実施例１で述べたように、アンモニアの基準振動モードには複数の振動モードが考えられる。アンモニアの分解においても、前述と同様の振動モードを選択することが可能である。ここでは、二重縮重偏角振動である１６２７ｃｍ−１の振動モードを選択したとして、装置へ適用することを述べる。
【００６０】
図７Ａ、図７Ｂは汚水配管中へアンモニアの電気化学分解装置を設置したところを模した図である。図７Ａは配管の径方向の断面図、図７Ｂは配管の長さ方向の断面図である。処理用（分解用）の電極として、１６２７ｃｍ−１のプラズモン場が生じる電極構造を持つ網目状の電極（電気化学反応用電極７０）が汚水配管７３の内側に配置され、この処理用電極から下流側に離れた配管内部には、対向電極７５がリング状に配置されている。処理用電極と対向電極は電源７７が接続されており、電極間には直流の電圧・電流を印加することができる。網目状の構造は、一例としてホールアレイ構造であり、汚水が電極内部を経由して流れるように配置されている。電気化学分解を行う場合は処理用電極に還元電流を与える。その結果、処理用電極表面に吸着したアンモニア分子は、電気化学反応により分解され、窒素へと変換される。分解用電極（電気化学反応用電極７０）がアンモニアの酸化が行われるアノード、対向電極７５がカソードとなる。このような系を構築することにより、本実施例の電気化学反応用電極を電気分解装置へ適用することが可能となる。
[実施例３：化学物質合成装置への適用]
また、更なる別の例として、本発明による電気化学反応用電極を化学物質合成装置に対して適用した場合の形態について述べる。化学物質合成装置９０としては、図９にあるように、内部に電気化学反応用電極９１と対向電極９３を設置した容器９５に窒素ガスと水素ガスを引き込み、電極９１，９３間に電圧を印加するという構成である。
【００６１】
一例として、アンモニアの電気化学的合成系に対して以下記述する。
【００６２】
非特許文献２によると、遷移金属表面を触媒として利用するアンモニアの電気化学合成は、図８Ｂに示すようなエネルギーダイアグラムを経由して窒素からアンモニアへと変換される。図８ＡはＲｕ（０００１）面上におけるアンモニア合成経路である。図７Ｂは図７Ａのアンモニア合成経路の各式におけるギブス（Gibbs）エネルギーの変化図である。図７Ａ、図７Ｂともdissociative Heyrovsky mechanismによる場合である。この時、金属表面においては、図中の式に示すように、金属表面への窒素分子の吸着から、表面において式中の各反応が逐次的に発生し、最終的にはアンモニアが合成される。この時、窒素分子は遷移金属表面に吸着し、その化学結合の切断・新規結合の構成を行っている。図８Ａの「金属表面の空きサイト」とは、窒素等の原子が表面に吸着できるように金属表面に存在しているサイトのことを言う。一般に、窒素のような対称性をもつ分子は赤外領域における吸収を持たないため、ラビ分裂を形成し振動結合を構築するためのプラズモン場構成は困難である。だが、金属表面への吸着直線分子に対しては、金属表面との結合により非対称性が生まれ、赤外領域における活性モードが生じることが報告されている（たとえば、非特許文献３）。窒素と金属表面により構成された伸縮振動モードを用いる。たとえば、Ｒｕ表面における窒素の化学吸着による振動モード２２５１ｃｍ−１である。これに対応する波長は１／２２５１ｃｍ−１＝４．４４μｍであるので、図３Ａ〜図３Ｅに示したホールアレイまたはバンプアレイのホールまたはバンプのピッチがこの波長と略一致した電極を用いればよい。
【００６３】
従って、当該モードに対応する赤外のプラズモン場を構成する電極構造を形成することにより、当該遷移金属を用いた電気化学反応用電極の表面において、当該モードを経由する化学反応の促進を行うことが可能となる。もちろん、化学的な触媒作用を持つ遷移金属を用いた微細粒子を、電気的に接続された電極構造へと接することにより、電極とは異なる遷移金属表面における吸着を利用した化学合成反応に関してもその促進を行うことが可能である。化学的な触媒作用を持つ遷移金属の例としては、白金、ルテニウム、金、銀、鉄、モリブデン、ニオブ、バナジウム、タングステン、チタン、ストロンチウム、コバルト、パラジウム、ニッケル、銅、ルテニウム、ロジウムなどが挙げられる。
（第２の実施形態）
本実施形態の電気化学反応用電極１００は、図１０に示すように、電気化学反応用電極１００表面の電気化学反応領域１０３に、電気化学反応における反応化学種１０５または反応化学種１０７との間に振動結合を形成するようなプラズモン構造を備えている。
【００６４】
電気化学反応を行う反応化学種１０５または１０７との振動結合を生じる電磁波の周波数を予め導出しておく。これは図３Ａ〜図３Ｅ、図５Ａ，Ｂで述べた手法を用いればよい。導出した周波数の電磁波をプラズモン場として電極１００近傍に生じさせるプラズモン構造を持つ電気化学反応用電極を構成する。このように構成すると、電気化学反応用電極１００表面における反応化学種の振動モードと、プラズモン場に存在する光学モードとが結合する。それにより、反応化学種が振動結合を形成し、分子の化学結合が切れやすくなる。その結果、活性化エネルギーが低減し、電気化学反応が進行しやすくなる。
【００６５】
以上、本発明の実施の形態の例を添付の図面を参照することにより説明した。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。
【符号の説明】
【００６６】
１１、３４    金属
１３    誘電体
１５    界面
２０、６０    電極
２４    電気二重層領域
２６、６１    プラズモン場
２７、２８、１０５、１０７    反応化学種
２９    反応生成物
３１、３２    ホールアレイ
３３    バンプアレイ
３４    金属
４０    燃料電池
４１    燃料電池筐体
４２    燃料槽
４４    燃料交換口
４５    電解質膜
４６    燃料極
４７    空気極
４８    取り出し線
４９    負荷
６２ａ、６２ｂ    化学触媒
６３    担持体
６４    複合体
７０    電気化学反応用電極
７３    汚水配管
７５    対向電極
９０    化学物質合成装置
９１、１００    電気化学反応用電極
９３    対向電極
９５    容器
【図１Ａ】
2018073719.tif 000009
【図１Ｂ】
2018073719.tif 000010
【図１Ｃ】
2018073719.tif 000011
【図１Ｄ】
2018073719.tif 000012
【図２Ａ】
2018073719.tif 000013
【図２Ｂ】
2018073719.tif 000014
【図３Ａ】
2018073719.tif 000015
【図３Ｂ】
2018073719.tif 000016
【図３Ｃ】
2018073719.tif 000017
【図３Ｄ】
2018073719.tif 000018
【図３Ｅ】
2018073719.tif 000019
【図４Ａ】
2018073719.tif 000020
【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2018073719.tif 000022
【図５Ｂ】
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【図６】
2018073719.tif 000024
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2018073719.tif 000026
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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