(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
塩化ナトリウム水溶液を電解液として備えるマグネシウム空気電池に用いられ、
下記（１）から（３）の要件を満たす金属錯体を含み、
下記第一遷移金属元素が、鉄であり、
前記鉄への配位様式が、式（１）で表され、
前記金属錯体のキレート環を構成する芳香環の数が４〜６であるマグネシウム空気電池用電極。
（１）第一遷移金属元素を有する。
（２）密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)で求められた酸素分子の吸着に伴うエネルギー変化量が−５０〜−２３０ｋＪ／ｍｏｌである。
（３）密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)で求められた水分子の吸着に伴うエネルギー変化量が０〜−８０ｋＪ／ｍｏｌである。
【化１】
0006795321.tif 000028
（式（１）中、Ｎは含窒素複素環中の窒素原子である。）
【請求項２】
塩化ナトリウム水溶液を電解液として備えるマグネシウム空気電池に用いられ、
下記（１）から（３）の要件を満たす金属錯体を含み、
下記第一遷移金属元素が、コバルトであり、
前記コバルトへの配位様式が、式（２）又は式（３）で表され、
前記金属錯体のキレート環を構成する芳香環の数が４〜６であるマグネシウム空気電池用電極。
（１）第一遷移金属元素を有する。
（２）密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)で求められた酸素分子の吸着に伴うエネルギー変化量が−５０〜−２３０ｋＪ／ｍｏｌである。
（３）密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)で求められた水分子の吸着に伴うエネルギー変化量が０〜−８０ｋＪ／ｍｏｌである。
【化２】
0006795321.tif 000029
（式（２）、（３）中、Ｎは含窒素複素環中の窒素原子、又はイミン構造中の窒素原子であり、Ｏはフェノラート構造中の酸素原子である。）
【請求項３】
塩化ナトリウム水溶液を電解液として備えるマグネシウム空気電池に用いられ、
下記（１）から（３）の要件を満たす金属錯体を含み、
下記第一遷移金属元素が、鉄であり、
前記鉄への配位様式が、式（１）で表され、
前記金属錯体の分子量が、５６８〜８６６であるマグネシウム空気電池用電極。
（１）第一遷移金属元素を有する。
（２）密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)で求められた酸素分子の吸着に伴うエネルギー変化量が−５０〜−２３０ｋＪ／ｍｏｌである。
（３）密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)で求められた水分子の吸着に伴うエネルギー変化量が０〜−８０ｋＪ／ｍｏｌである。
【化３】
0006795321.tif 000030
（式（１）中、Ｎは含窒素複素環中の窒素原子である。）
【請求項４】
塩化ナトリウム水溶液を電解液として備えるマグネシウム空気電池に用いられ、
下記（１）から（３）の要件を満たす金属錯体を含み、
下記第一遷移金属元素が、コバルトであり、
前記コバルトへの配位様式が、式（２）又は式（３）で表され、
前記金属錯体の分子量が、５６８〜８６６であるマグネシウム空気電池用電極。
（１）第一遷移金属元素を有する。
（２）密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)で求められた酸素分子の吸着に伴うエネルギー変化量が−５０〜−２３０ｋＪ／ｍｏｌである。
（３）密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)で求められた水分子の吸着に伴うエネルギー変化量が０〜−８０ｋＪ／ｍｏｌである。
【化４】
0006795321.tif 000031
（式（２）、（３）中、Ｎは含窒素複素環中の窒素原子、又はイミン構造中の窒素原子であり、Ｏはフェノラート構造中の酸素原子である。）
【請求項５】
更に、導電性カーボンと、結着材とを含む請求項１から４のいずれか１項に記載のマグネシウム空気電池用電極。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のマグネシウム空気電池用電極と、塩化ナトリウム水溶液である電解液とを有するマグネシウム空気電池。
【請求項７】
酸素の電気化学還元により過酸化水素を生成する２電子還元反応を触媒する電気化学触媒Ａと、生成した過酸化水素を分解して酸素を生成する分解反応を触媒する触媒Ｂとを少なくとも含有する酸素還元用複合電極を除く請求項１に記載のマグネシウム空気電池用電極。
【請求項８】
請求項７に記載の電極を有するマグネシウム空気電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マグネシウム空気電池用電極およびマグネシウム空気電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム空気電池は、当該電池外部から正極活物質である酸素が供給されるため、電池内に正極活物質を収容する必要がない。そのため、電池内に大量の負極活物質を充填することができ、非常に高いエネルギー密度を達成することができるため、期待が寄せられている。
【０００３】
マグネシウム空気電池は、酸素の還元能を有する正極と、マグネシウムまたはマグネシウム合金を負極活物質とする負極と、電解液とを有する電池である。電池の放電反応は、以下の式で表わされる。
正極：Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−  →  ４ＯＨ−
負極：２Ｍｇ＋４ＯＨ−  →  ２Ｍｇ（ＯＨ）２＋４ｅ−
全反応：２Ｍｇ＋Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ  →  ２Ｍｇ（ＯＨ）２
【０００４】
マグネシウム空気電池として、例えば、特許文献１には、正極としてカーボン（炭素繊維シート）を用いたマグネシウム空気電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１８１３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の正極としてカーボンのみを用いたマグネシウム空気電池は、酸素還元活性が充分ではなかった。  
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、酸素還元に優れるマグネシウム空気電池用電極およびマグネシウム空気電池を提供する。
【０００８】
すなわち本発明は、以下の発明を提供する。
本発明は第一に、下記（１）および（２）の要件を満たす金属錯体を含むマグネシウム空気電池用電極を提供する。
（１）第一遷移金属元素を有する。
（２）密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)で求められた酸素分子の吸着に伴うエネルギー変化量が−５０〜−２３０ｋＪ／ｍｏｌである。
本発明は第二に、前記金属錯体が、更に下記（３）の要件を満たす前記マグネシウム空気電池用電極を提供する。
（３）密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)で求められた水分子の吸着に伴うエネルギー変化量が０〜−８０ｋＪ／ｍｏｌである。
本発明は第三に、前記第一遷移金属元素が、鉄およびコバルトからなる群より選ばれる１種以上の元素である前記マグネシウム空気電池用電極を提供する。
本発明は第四に、窒素原子および酸素原子からなる群より選ばれる１種以上の原子が、第一遷移金属元素に配位している前記マグネシウム空気電池用電極を提供する。
本発明は第五に、前記第一遷移金属元素が、鉄であり、鉄への配位原子が、全て窒素原子である前記マグネシウム空気電池用電極を提供する。
本発明は第六に、前記第一遷移金属元素が、コバルトであり、コバルトへの配位原子が、２つ以上あり、且つ、窒素原子および酸素原子である前記マグネシウム空気電池用電極を提供する。
本発明は第七に、更に、導電性カーボンと、結着材とを含む前記マグネシウム空気電池用電極を提供する。
本発明は第八に、前記マグネシウム空気電池用電極を有するマグネシウム空気電池を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、酸素還元に優れる酸素還元用電極を得ることができ、空気電池の出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態のマグネシウム空気電池の一例を示す概略模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
＜電極＞
（金属錯体の説明）
本発明のマグネシウム空気電池用電極に用いられる金属錯体は、下記（１）および（２）の要件を満たす。
（１）第一遷移金属元素を有する。
（２）密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)で求められた酸素分子の吸着に伴うエネルギー変化量が−５０〜−２３０ｋＪ／ｍｏｌである。
【００１３】
（第一遷移金属元素の説明）
本発明のマグネシウム空気電池用電極として用いる金属錯体は、第一遷移金属元素を有し、第一遷移金属元素を中心金属として有することが好ましい。第一遷移金属元素としては、鉄およびコバルトからなる群より選ばれる１種以上の元素であると好ましい。第一遷移金属元素は、原子またはイオンである。
【００１４】
（密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)の説明）
本発明のマグネシウム空気電池用電極に用いられる金属錯体は、密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)で、前記金属錯体が、酸素分子を吸着することに伴うエネルギー変化量が−５０〜−２３０ｋＪ／ｍｏｌと計算される。エネルギー変化量として、好ましくは−５５〜−２００ｋＪ／ｍｏｌであり、より好ましくは−６０〜−１８０ｋＪ／ｍｏｌである。上記のエネルギー計算を行うプログラムはＧＡＵＳＳＩＡＮ  ＩＮＣ社のＧＡＵＳＳＩＡＮ０９である。エネルギー計算を行う時は、カチオン状態、中性またはアニオン状態の取り得る各状態で、最安定なスピン状態での構造最適化計算を行い、最も安定な状態のエネルギー値を採用する。また、上記のエネルギー計算を行う際は、金属錯体において、水和して脱離していると考えられる置換基は除いた構造で行う。酸素分子が吸着する構造についても、最も安定な状態で、最安定なスピン状態での構造最適化計算を行い、最も安定な状態のエネルギー値を採用する。そのエネルギー値から、吸着前の錯体のエネルギー値と酸素分子単独のエネルギー値を引き算して、エネルギー変化量とする。金属錯体の選定方法としては、例えば、公知の金属錯体のエネルギー変化量を計算することで、上述の範囲に含まれるものを適宜選ぶことができる。
このような金属錯体を、マグネシウム空気電池用電極に用いることで、本願発明の効果が得られる理由は、定かではないが、本発明者らは次のように推定する。
金属錯体を用いた触媒反応では、一般的に反応性のある分子が配位しやすいように配位不飽和の場所が生じていると考えられ、これらの金属錯体の中でもハロゲンやアルコキシ基、カルボン酸基などの比較的大きさが小さくかつ水溶性の高い配位子を有する錯体では、それらの配位子が水中では脱離し、酸素分子が第一遷移金属元素に配位しやすい環境と考えられる。本発明のマグネシウム空気電池の正極に存在する金属錯体においても、同様な配位不飽和な場所を有する構造で還元反応が進むと考える。さらにこの酸素分子還元反応は正極において起こるものであるが、この正極では、負極から導電体を通って電子が来るため、当該金属錯体はアニオンになる可能性が高いと考える。その配位不飽和で且つアニオンとなった金属錯体に、酸素分子が安定に吸着することが必要であると考える。ただし、過度の安定化は単なる金属の酸化等の望ましくない反応を引き起こすこともあるので、適度な安定性でよいものと考えられる。そこで本発明では、金属錯体の酸素分子吸着能を量子化学計算で計算した。
【００１５】
更に、本発明の金属錯体は、密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)で、前記金属錯体が、水分子を吸着することに伴うエネルギー変化量が０〜−８０ｋＪ／ｍｏｌと計算されることが好ましい。水分子の吸着に伴うエネルギー変化量として、より好ましくは、−２０〜−７５ｋＪ／ｍｏｌであり、特に好ましくは、−４０〜−７０ｋＪ／ｍｏｌである。上記のエネルギー計算を行うプログラムは上述と同じものを用い、上述と同様に、酸素分子を、水分子に読み替えて、計算を行う。
【００１６】
（配位原子の説明）
本発明のマグネシウム空気電池用電極として用いる金属錯体は、有機配位子を有する。該有機配位子は、第一遷移金属元素に対して、配位する配位原子を有することが好ましい。配位原子のうち少なくとも１つが、窒素原子または酸素原子であることが好ましく、配位原子の全てが、窒素原子および／または酸素原子であることがより好ましい。前記第一遷移金属元素が、鉄である場合、鉄への配位原子は、全て窒素原子であることが好ましい。前記第一遷移金属元素が、コバルトである場合、コバルトへの配位原子は、２つ以上あり、且つ、窒素原子および酸素原子であることが好ましく、全てが窒素原子および酸素原子で構成されることがより好ましい。
【００１７】
（酸素還元能）
金属錯体は、酸素の還元能を有することが好ましい。ここで、酸素の還元能とは、酸素を水酸化物イオンに還元できることを意味する。
【００１８】
酸素の還元能を有する金属錯体としては、１つの分子内に１つの金属原子または金属イオンを有する単核金属錯体や、１つの分子内に複数の金属原子または金属イオンを有する多核金属錯体などが例示される。
【００１９】
本発明に用いることのできる金属錯体について、好ましい構造式を例示する。構造式における水素原子は、他の置換基で、置換されていてもよい。電荷、対イオンは省略している。また、Ｍは金属を表す。
0006795321.tif 000002
【００２０】
前記置換基としては、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、ヨード基等のハロゲノ基；ヒドロキシ基；カルボキシル基；メルカプト基；スルホン酸基；ニトロ基；ホスホン酸基；炭素数１〜４のアルキル基を有するシリル基；メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、へキシル基、シクロへキシル基、ノルボルニル基、ノニル基、シクロノニル基、デシル基、３，７−ジメチルオクチル基、アダマンチル基、ドデシル基、シクロドデシル基、ペンタデシル基、オクタデシル基、ドコシル基等の全炭素数１〜５０の直鎖、分岐又は環状の飽和ヒドロカルビル基；メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、シクロへキシルオキシ基、ノルボルニルオキシ基、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基等の全炭素数１〜５０の直鎖、分岐又は環状のアルコキシ基；フェニル基、４−メチルフェニル基、１−ナフチル基、２−ナフチル基、９−アントリル基等の全炭素数６〜６０の１価の芳香族基が例示され、好ましくは、ハロゲノ基、メルカプト基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、炭素数１〜２０の飽和ヒドロカルビル基、全炭素数１〜１０の直鎖又は分岐のアルコキシ基、全炭素数６〜３０の１価の芳香族基であり、より好ましくは、クロロ基、ブロモ基、ヒドロキシ基、カルボキシル基、メチル基、エチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、シクロへキシル基、ノルボルニル基、アダマンチル基、メトキシ基、エトキシ基、フェニル基である。
【００２１】
（金属錯体の製造方法）
次に、本発明で用いられる金属錯体の製造方法について説明する。
金属錯体の製造方法には、特に制限はないが、本発明に好適に用いられる酸素の還元能を有する金属錯体は、例えば、配位子化合物を有機化学的に合成した後、得られた化合物を、金属原子または金属イオンを付与する反応剤（以下、「金属付与剤」と言う。）と混合し、反応させることにより得られる。反応させる金属付与剤の量は特に限定されず、目的とする金属錯体に応じて、金属付与剤の量を調節すればよいが、通常、配位子化合物に対して過剰量の金属付与剤を反応させることが好ましい。
【００２２】
前記配位子化合物について、具体的な構造式を例示する。構造式における水素原子は、他の置換基で、置換されていてもよい。
0006795321.tif 000003
【００２３】
金属付与剤としては、第一遷移金属元素を含む金属塩を用いることができる。金属塩としては、酢酸塩、ハロゲン化物、硫酸塩、炭酸塩、硝酸塩、水酸化物、リン酸塩、過塩素酸塩、トリフルオロ酢酸塩、トリフルオロメタンスルホン酸塩、テトラフルオロホウ酸塩、ヘキサフルオロリン酸塩、テトラフェニルホウ酸塩、ステアリン酸塩、安息香酸塩などを用いることができる。金属供与剤として具体的には、酢酸コバルト（ＩＩ）、酢酸コバルト（ＩＩＩ）、塩化コバルト（ＩＩ）、フッ化コバルト（ＩＩ）、フッ化コバルト（ＩＩＩ）、臭化コバルト（ＩＩ）、ヨウ化コバルト（ＩＩ）、硫酸コバルト（ＩＩ）、炭酸コバルト（ＩＩ）、硝酸コバルト（ＩＩ）、水酸化コバルト（ＩＩ）、リン酸コバルト（ＩＩ）、過塩素酸コバルト（ＩＩ）、トリフルオロ酢酸コバルト（ＩＩ）、トリフルオロメタンスルホン酸コバルト（ＩＩ）、テトラフルオロホウ酸コバルト（ＩＩ）、ヘキサフルオロリン酸コバルト（ＩＩ）、テトラフェニルホウ酸コバルト（ＩＩ）、ステアリン酸コバルト（ＩＩ）、安息香酸コバルト（ＩＩ）、酢酸鉄（ＩＩ）、塩化鉄（ＩＩ）、塩化鉄（ＩＩＩ）、臭化鉄（ＩＩ）、臭化鉄（ＩＩＩ）、フッ化鉄（ＩＩ）、フッ化鉄（ＩＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩ）、硫酸鉄（ＩＩＩ）、硝酸鉄（ＩＩＩ）、リン酸鉄（ＩＩＩ）、過塩素酸鉄（ＩＩ）、過塩素酸鉄（ＩＩＩ）、トリフルオロ酢酸鉄（ＩＩ）、トリフルオロメタンスルホン酸鉄（ＩＩ）、テトラフルオロホウ酸鉄（ＩＩ）、テトラフェニルホウ酸鉄（ＩＩ）、ステアリン酸鉄（ＩＩ）、ステアリン酸鉄（ＩＩＩ）、等があげられ、好ましくは、酢酸コバルト（ＩＩ）、酢酸コバルト（ＩＩＩ）、塩化コバルト（ＩＩ）、酢酸鉄（ＩＩ）、塩化鉄（ＩＩ）、塩化鉄（ＩＩＩ）である。
【００２４】
前記金属付与剤は、水和物であってもよく、例えば、酢酸コバルト（ＩＩ）４水和物、塩化コバルト（ＩＩ）６水和物、塩化鉄（ＩＩ）４水和物、塩化鉄（ＩＩＩ）６水和物があげられる。
【００２５】
前記配位子化合物および金属付与剤を混合する工程は、適当な溶媒の存在下で行う。反応で用いられる溶媒（反応溶媒）としては、水；酢酸、プロピオン酸等の有機酸類；アンモニア水、トリエチルアミン等のアミン類；メタノール、エタノール、ｎ−プロパノ−ル、イソプロピルアルコール、２−メトキシエタノール、１−ブタノール、１,１−ジメチルエタノール等のアルコール類；エチレングリコール、ジエチルエーテル、１,２−ジメトキシエタン、メチルエチルエーテル、１,４−ジオキサン、テトラヒドロフラン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、デュレン、デカリン等の芳香族炭化水素；ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン、１,２−ジクロロベンゼン等のハロゲン系溶媒、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルスルホキシド、アセトン、アセトニトリル、ベンゾニトリル、トリエチルアミン、ピリジン等があげられる。なお、これらの反応溶媒は、一種単独で用いても二種以上を併用してもよい。また、前記溶媒としては、配位子となる芳香族化合物および金属付与剤が溶解し得る溶媒が好ましい。
【００２６】
前記配位子化合物および金属付与剤の混合温度は、好ましくは−１０℃以上２５０℃以下、より好ましくは０℃以上２００℃以下であり、さらに好ましくは０℃以上１５０℃以下である。
【００２７】
また、前記配位子化合物および金属付与剤の混合時間は、好ましくは１分間以上１週間以下、より好ましくは５分間以上２４時間以下、さらに好ましくは１時間以上１２時間以下である。なお、前記混合温度および混合時間は、前記配位子化合物および金属付与剤の種類を考慮して調節することが好ましい。
【００２８】
生成した前記金属錯体は、公知の再結晶法、再沈殿法、クロマトグラフィー法などから適した方法を選択して適用することで、前記溶媒から取り出すことができ、この時、複数の前記方法を組み合わせてもよい。なお、前記溶媒の種類によっては、生成した前記金属錯体が析出することがあり、この場合には、析出した前記金属錯体を濾別等で分離した後洗浄、乾燥等を行えばよい。
【００２９】
前記金属錯体は、それぞれ一種を単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。
【００３０】
前記金属錯体は、公知の如何なる方法で混合してもよいが、例えばメノウの乳鉢で混合してもよい。
【００３１】
（マグネシウム空気電池）
本実施形態のマグネシウム空気電池は、本発明の電極を正極として用い、マグネシウム単体およびマグネシウム合金からなる群より選ばれる一種以上の負極活物質を含む負極と、電解液とを備えている。
【００３２】
図１は、本実施形態に係るマグネシウム空気電池の一実施形態を例示する概略断面図である。
ここに示すマグネシウム空気電池１は、前記電極触媒を含む正極触媒層１１、正極集電体１２、前記負極活物質を含む負極活物質層１３、負極集電体１４、電解液１５およびこれらを収容する容器（図示略）を備える。
正極集電体１２は正極触媒層１１に接触して配置され、これらにより正極が構成されている。また、負極集電体１４は負極活物質層１３に接触して配置され、これらにより負極が構成されている。また、正極集電体１２には正極端子（リード線）１２０が接続され、負極集電体１４には負極端子（リード線）１４０が接続されている。
正極触媒層１１および負極活物質層１３は、対向して配置され、これらの間にこれらに接触するように電解液１５が配置されている。
なお、本実施形態に係るマグネシウム空気電池は、ここに示すものに限定されず、必要に応じて一部構成が変更されていてもよい。
【００３３】
（正極触媒層）
本発明の正極触媒層は、電極触媒として、金属錯体を含むが、これら以外に、他の電極触媒を含んでもよい。さらに、電極には、導電材および結着材を含むものが好ましい。前記導電材は、電極の導電性を向上させることができるものであればよく、導電性カーボンが好ましい。
【００３４】
前記導電性カーボンとしては、「ノーリット」（ＮＯＲＩＴ社製）、「ケッチェンブラック」（Ｌｉｏｎ社製）、「バルカン」（Ｃａｂｏｔ社製）、「ブラックパールズ」（Ｃａｂｏｔ社製）、「アセチレンブラック」（電気化学工業社製）（いずれも商品名）等のカーボンブラック；Ｃ６０、Ｃ７０等のフラーレン；カーボンナノチューブ、マルチウォールカーボンナノチューブ、ダブルウォールカーボンナノチューブ、シングルウォールカーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等のカーボン繊維、グラフェン、グラフェンオキシドが例示でき、カーボンブラックが好ましい。
【００３５】
前記導電性カーボンは、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子と組み合わせて用いてもよい。
【００３６】
前記結着材は、電極触媒、導電材等を互いに接着するものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体（ＰＶＤＦ−Ｈ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、スチレン・ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリアクリルニトリル（ＰＡＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ナフィオン（登録商標）などが例示され、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリフッ化ビニリデン−六フッ化プロピレン共重合体（ＰＶＤＦ−Ｈ）、ナフィオン（登録商標）が好ましい。
【００３７】
前記金属錯体と、導電材との合計量に対する、前記金属錯体の配合量は、上限値としては、９０重量％が好ましく、５０重量％がより好ましく、３０重量％がさらに好ましく、２０重量％が特に好ましい。下限値としては、０．１重量％が好ましく、０．５重量％がより好ましく、１．０重量％がさらに好ましく、２．０重量％が特に好ましい。
【００３８】
前記結着材の配合量は、前記電極触媒１質量部に対して、上限値としては、３００質量部が好ましく、２００質量部がより好ましく、１５０質量部が特に好ましい。下限値としては、０．１質量部が好ましく、０．５質量部がより好ましい。
【００３９】
正極触媒層において、前記他の電極触媒、導電材および結着材等の各構成成分は、それぞれ一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。
【００４０】
（正極集電体）
正極集電体は電流を電極触媒に供給する役割があるため、その材質は、導電性であればよい。好ましい正極集電体としては、金属板、金属箔、金属メッシュ、金属焼結体、カーボンペーパー、カーボンクロスが例示できる。
前記金属メッシュおよび金属焼結体における金属としては、ニッケル、銅、クロム、鉄、チタン等の金属の単体；二種以上のこれら金属を含む合金が例示でき、ニッケル、銅、ステンレス（鉄−ニッケル−クロム合金）が好ましい。
【００４１】
（正極）
正極は、正極触媒層と、正極集電体とを有する。正極触媒層と正極集電体の間に、ガス拡散層をはさんでもよい。正極は、前記の電極触媒、導電材および結着材等を混合し、該混合物を後述する正極集電体の上に配置した後、熱プレスすることで、正極集電体上に正極触媒層が形成されて、製造することができる。熱プレスの温度は、特に制限はないが、用いる結着材のガラス転移温度付近に設定することが好ましい。また、熱プレスの温度は、特に制限はなく、任意に設定することができる。また、必要に応じて、前記混合物を溶媒中に分散させた後、正極集電体の上に塗布後、乾燥することで製造することができる。溶媒としては、前記反応溶媒として例示した溶媒を用いることができる。
【００４２】
（負極）
本実施形態における負極として、マグネシウム単体およびマグネシウム化合物からなる群より選ばれる一種以上を負極活物質として用いることができる。マグネシウム化合物としては、マグネシウム合金などを例示することができる。
【００４３】
マグネシウム合金として、マグネシウムを主成分とする合金であり、例えば、マグネシウム−アルミニウム系合金、マグネシウム−アルミニウム−亜鉛系合金、マグネシウム−ジルコニウム系合金、マグネシウム−亜鉛−ジルコニウム系合金、マグネシウム−希土類元素系合金、並びに、前記合金に、数％のカルシウムを添加した難燃性マグネシウム合金、が例示される。
【００４４】
前記負極の形状は、特に制限するものではなく、板状、粒状、粉体状、ゲル状のいずれの形状で用いてもよい。
【００４５】
負極集電体１４は、正極集電体１２と同様のものでよい。
【００４６】
（電解液）
電解液は、電解質を溶媒に溶解した電解液を用いることができる。溶媒としては、イオンが電離し易いため水が好ましい。
【００４７】
上記電解質としては、塩化ナトリウム、塩化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、リン酸三カリウム、リン酸水素二カリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸三ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、ホウ酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸ナトリウムが例示される。より好ましくは、塩化ナトリウム、塩化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、さらに好ましくは塩化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムである。なお、前記電解質は、無水物であっても水和物であってもよい。
【００４８】
前記電解質は、それぞれ一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。
【００４９】
電解液中の電解質の濃度は、マグネシウム空気電池の使用環境により任意に設定することができるが、１〜９９質量％であることが好ましく、５〜６０質量％であることがより好ましく、５〜４０質量％であることがさらに好ましい。
【００５０】
電解液に、クエン酸塩、コハク酸塩、酒石酸塩などの多価カルボン酸塩を、加えてもよい。
【００５１】
また、電解液をポリアクリル酸などの吸水性ポリマーへ吸収させた、ゲル状電解質として用いてもよい。
【００５２】
＜その他の構成＞
容器は、正極触媒層１１、正極集電体１２、負極活物質層１３、負極集電体１４および電解液１５を収容するものである。容器の材質としては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂等の樹脂や、前記正極触媒層１１等の収容物とは反応しない金属が例示できる。
【００５３】
マグネシウム空気電池１においては、別途、酸素拡散膜を設けてもよい。酸素拡散膜は、正極集電体１２の外側（正極触媒層１１の反対側）に設けることが好ましい。こうすることで、酸素拡散膜を介して正極触媒層１１に酸素（空気）が優先的に供給される。
前記酸素拡散膜は、酸素（空気）を好適に透過できる膜であればよく、樹脂製の不織布または多孔質膜が例示でき、前記樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン；ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂が例示できる。
【００５４】
マグネシウム空気電池１においては、正極と負極との接触による短絡を防止するために、これらの間にセパレータを設けてもよい。
セパレータは、電解液１５の移動が可能な絶縁材料からなるものであればよく、樹脂製の不織布または多孔質膜が例示でき、前記樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン；ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素樹脂が例示できる。また、電解液１５を水溶液として用いる場合には、前記樹脂として、親水性化されたものを用いることが好ましい。
【００５５】
本発明のマグネシウム空気電池の形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、扁平型、角型などがあげられる。
【００５６】
本実施形態のマグネシウム空気電池は、例えば、電気自動車用電源や家庭用電源など大型なものなどに有用であり、また、携帯電話または携帯用パソコン等のモバイル機器用小型電源としても有用である。
【実施例】
【００５７】
以下、具体的実施例により、本発明についてさらに詳しく説明する。
【００５８】
［合成例１］
＜金属錯体ＭＣ１の合成＞
以下の反応式で示すとおり、化合物１および化合物２を経由して化合物３を合成した後、化合物３と金属付与剤とを用いて、金属錯体ＭＣ１を合成した。
【００５９】
（化合物１の合成）
【化１】
0006795321.tif 000004
（式中、Ｂｏｃはｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基であり、ｄｂａはジベンジリデンアセトンである。）
【００６０】
反応容器内をアルゴンガス雰囲気とした後、３．９４ｇ（６．００ｍｍｏｌ）の２，９−（３’−ブロモ−５’−ｔｅｒｔ−ブチル−２’−メトキシフェニル）−１，１０−フェナントロリン（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ．，１９９９，５５，８３７７．の記載に従って合成した。）、３．１７ｇ（１５．０ｍｍｏｌ）の１−Ｎ−Ｂｏｃ−ピロール−２−ボロン酸、０．１４ｇ（０．１５ｍｍｏｌ）のトリス（ベンジリデンアセトン）ジパラジウム、０．２５ｇ（０．６０ｍｍｏｌ）の２−ジシクロヘキシルホスフィノ−２’，６’−ジメトキシビフェニルおよび、５．５３ｇ（２６．０ｍｍｏｌ）のリン酸カリウムを、２００ｍＬのジオキサンと２０ｍＬの水との混合溶媒に加えて溶解させ、６０℃にて６時間攪拌した。反応終了後、放冷して蒸留水およびクロロホルムを加えて、有機層を抽出した。得られた有機層を濃縮して、黒い残留物を得た。これを、展開溶媒としてクロロホルムを用いたシリカゲルカラムで精製し、化合物１を得た。得られた化合物１の同定データを以下に示す。
【００６１】
１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ（ｐｐｍ）＝１．３４（ｓ，１８Ｈ），１．３７（ｓ，１８Ｈ），３．３０（ｓ，６Ｈ），６．２１（ｍ，２Ｈ），６．２７（ｍ，２Ｈ），７．３７（ｍ，２Ｈ），７．４１（ｓ，２Ｈ），７．８２（ｓ，２Ｈ），８．００（ｓ，２Ｈ），８．１９（ｄ，Ｊ＝８．６Ｈｚ，２Ｈ），８．２７（ｄ，Ｊ＝８．６Ｈｚ，２Ｈ）．
【００６２】
（化合物２の合成）
【化２】
0006795321.tif 000005
（式中、Ｂｏｃはｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基である。）
【００６３】
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、０．９０４ｇ（１．０８ｍｍｏｌ）の化合物１を１０ｍＬの無水ジクロロメタンに溶解させた。得られたジクロロメタン溶液を−７８℃に冷却しながら、ここに三臭化ホウ素の１．０Ｍジクロロメタン溶液８．８ｍＬ（８．８ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。滴下後、１０分間そのまま攪拌し、室温になるまでさらに攪拌しながら放置した。３時間後、反応液を０℃まで冷却し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加えた後、クロロホルムを加えて抽出し、有機層を濃縮した。得られた褐色の残留物を、展開溶媒としてクロロホルムを用いたシリカゲルカラムで精製し、化合物２を得た。得られた化合物２の同定データを以下に示す。
【００６４】
１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ（ｐｐｍ）＝１．４０（ｓ，１８Ｈ），６．２５（ｍ，２Ｈ），６．４４（ｍ，２Ｈ），６．７４（ｍ，２Ｈ），７．８４（ｓ，２Ｈ），７．８９（ｓ，２Ｈ），７．９２（ｓ，２Ｈ），８．３５（ｄ，Ｊ＝８．４Ｈｚ，２Ｈ），８．４６（ｄ，Ｊ＝８．４Ｈｚ，２Ｈ），１０．６１（ｓ，２Ｈ），１５．８８（ｓ，２Ｈ）．
【００６５】
（化合物３の合成）
【化３】
0006795321.tif 000006
【００６６】
反応容器内において、０．０６１ｇ（０．１０ｍｍｏｌ）の化合物２と０．０１２ｇ（０．１１ｍｍｏｌ）のベンズアルデヒドを５ｍＬのプロピオン酸に溶解させ、１４０℃で７時間加熱した。その後、得られた反応液からプロピオン酸を留去して、得られた黒い残渣を、展開溶媒をクロロホルムとメタノールを１０：１の体積比で混合した溶媒を用いたシリカゲルカラムで精製して、化合物３を得た。得られた化合物３の同定データを以下に示す。
【００６７】
１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ（ｐｐｍ）＝１．４９（ｓ，１８Ｈ），６．６９（ｄ，Ｊ＝４．８Ｈｚ，２Ｈ），７．０１（ｄ，Ｊ＝４．８Ｈｚ，２Ｈ），７．５７（ｍ，５Ｈ），７．９０（ｓ，４Ｈ），８．０２（ｓ，２Ｈ），８．３１（ｄ，Ｊ＝８．１Ｈｚ，２Ｈ），８．４７（ｄ，Ｊ＝８．１Ｈｚ，２Ｈ）．
【００６８】
（金属錯体ＭＣ１の合成）
【化４】
0006795321.tif 000007
（式中、Ａｃはアセチル基であり、Ｍｅはメチル基である。）
【００６９】
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、０．０４５ｇ（０．０６５ｍｍｏｌ）の化合物３と、０．０４０ｇ（０．１６ｍｍｏｌ）の酢酸コバルト４水和物を含んだ３ｍＬのメタノールおよび３ｍＬのクロロホルムの混合溶液とを混合し、８０℃に加熱しながら５時間攪拌した。得られた溶液を濃縮乾固させて、青色固体を得た。これを水で洗浄することにより、金属錯体ＭＣ１を得た。なお、前記反応式中の金属錯体ＭＣ１において、「ＯＡｃ」は、１当量の酢酸イオンが対イオンとして存在することを示す。得られた金属錯体ＭＣ１の同定データを以下に示す。
ＥＳＩ−ＭＳ［Ｍ・］＋：ｍ／ｚ＝８６６．０
【００７０】
［合成例２］
＜金属錯体ＭＣ２の合成＞
以下の反応式で示すとおり、化合物４〜化合物９を経由し化合物１０を合成した後、化合物１０と金属付与剤とを用いて、金属錯体ＭＣ２を合成した。
【００７１】
（化合物４の合成）
【化５】
0006795321.tif 000008
【００７２】
遮光アルゴン気流下、３Ｌフラスコへ４−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール２５０ｇ（１．６６４ｍｏｌ）、クロロホルム４２０ｍｌ、四塩化炭素４２０ｍｌを仕込み、そこへ臭素／クロロホルム溶液[臭素２４０ｇ（０．９）等量、クロロホルム２７０ｍｌ]を内温８±２℃にて１時間かけて滴下した。滴下終了後、室温にて一晩攪拌した。減圧濃縮を行い、化合物４（３７２ｇ）のオイルを得た。収率９７．５％。
【００７３】
（化合物５の合成）
【００７４】
【化６】
0006795321.tif 000009
【００７５】
アルゴン気流下、１０Ｌフラスコへ化合物４（３７１ｇ）、無水炭酸カリウム（３３５ｇ）、アセトン５Ｌを仕込み、そこにヨウ化メチル４３５ｇを３０分かけて滴下した。滴下終了後、内温４０℃にて一晩攪拌した。ろ過、減圧蒸留を行い、化合物５（３５５．８ｇ）を得た。収率９０．３％。
【００７６】
（化合物６の合成）
【化７】
0006795321.tif 000010
【００７７】
アルゴン気流下、２Ｌフラスコにリチウム１０ｇ、脱水ジエチルエーテル１０２ｍｌを仕込み、そこへ化合物５のジエチルエーテル溶液[化合物５を１５８ｇ、脱水ジエチルエーテル１Ｌ]を３０分かけて滴下し、その後１時間、還流を行った。室温まで冷却し、リチオ化液を得た。アルゴン気流下、５Ｌフラスコへ２，２‘−ビピリジル１２．５２ｇ（０．０８ｍｏｌ）、脱水トルエン１Ｌを仕込み、そこにリチオ化液を４０分かけて滴下し、その後、４５時間還流を行った。内温を５℃まで冷却後、水３００ｍｌを滴下、分液後、水相をジクロロメタンで抽出、有機相を合わせて、二酸化マンガン５０ｇを添加し、一晩攪拌した。ろ過後、無水硫酸ナトリウムにて脱水した後、減圧濃縮して、粗生成物を得た。カラム精製を行い、化合物６（６．２４５ｇ）を得た。収率１６．２％。
【００７８】
（化合物７の合成）
【化８】
0006795321.tif 000011
【００７９】
遮光アルゴン気流下、１Ｌフラスコへ化合物６（６．１４５ｇ、１２．７９ｍｍｏｌ）、脱水ジクロロメタン４００ｍｌを仕込み、臭素６．２ｇを添加し、２０時間還流を行った。モノブロモ体が残存していたため、臭素を追加し、更に２０時間還流した。反応終了後、中和、分析、カラム精製を行い、化合物７（７．３３４ｇ）を得た。収率８９．８％。
【００８０】
（化合物８の合成）
【化９】
0006795321.tif 000012
（式中、Ｂｏｃはｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基であり、ｄｂａはジベンジリデンアセトンである。）
【００８１】
反応容器内をアルゴンガス雰囲気とした後、０．５０ｇ（０．７７ｍｍｏｌ）の化合物７、０．４１ｇ（１．９ｍｍｏｌ）の１−Ｎ−Ｂｏｃ−ピロール−２−ボロン酸、０．０１８ｇ（０．０２ｍｍｏｌ）のトリス（ベンジリデンアセトン）ジパラジウム、０．０３２ｇ（０．０８ｍｍｏｌ）の２−ジシクロヘキシルホスフィノ−２’，６’−ジメトキシビフェニルおよび、０．７２ｇ（３．１ｍｍｏｌ）のリン酸カリウムを、２５ｍＬのジオキサンと２．５ｍＬの水との混合溶媒に加えて溶解させ、６０℃にて６時間攪拌した。反応終了後、放冷して蒸留水およびクロロホルムを加えて、有機層を抽出した。得られた有機層を濃縮して、黒い残留物を得た。これを、展開溶媒としてクロロホルムを用いたシリカゲルカラムで精製し、化合物８を得た。得られた化合物８の同定データを以下に示す。
【００８２】
１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ（ｐｐｍ）＝１．３１（ｓ，１８Ｈ），１．４１（ｓ，１８Ｈ），３．２６（ｓ，６Ｈ），６．２２（ｍ，２Ｈ），６．２７（ｍ，２Ｈ），７．３８〜７．４３（ｄ，４Ｈ），７．９１〜７．９７（ｍ，６Ｈ），８．５１（ｄ，２Ｈ）．
【００８３】
（化合物９の合成）
【化１０】
0006795321.tif 000013
（式中、Ｂｏｃはｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基である。）
【００８４】
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、０．２８ｇ（０．４３ｍｍｏｌ）の化合物８を１０ｍＬの無水ジクロロメタンに溶解させた。得られたジクロロメタン溶液を−２０℃に冷却しながら、ここに三臭化ホウ素の１．０ｍｏｌ／Ｌジクロロメタン溶液３．４６ｍＬ（３．４６ｍｍｏｌ）をゆっくり滴下した。滴下後、１０分間そのまま攪拌し、室温になるまでさらに攪拌しながら放置した。３時間後、反応液を０℃まで冷却し、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加えた後、クロロホルムを加えて抽出し、有機層を濃縮した。得られた褐色の残留物を、展開溶媒としてクロロホルムを用いたシリカゲルカラムで精製し、化合物９を得た。得られた化合物９の同定データを以下に示す。
【００８５】
１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ（ｐｐｍ）＝１．４２（ｓ，１８Ｈ），６．３１（ｍ，２Ｈ），６．７０（ｍ，２Ｈ），６．８６（ｍ，２Ｈ），７．７１（ｓ，２Ｈ），７．８２（ｓ，２Ｈ），８．０７〜８．１０（ｍ，６Ｈ）
【００８６】
（化合物１０の合成）
【化１１】
0006795321.tif 000014
【００８７】
反応容器内において、８０ｍｇ（０．１３ｍｍｏｌ）を１５０ｍＬのプロピオン酸に溶解させ、９０℃へ加熱した。１４ｍｇ（０．１３ｍｍｏｌ）のベンズアルデヒドを溶解した２５ｍＬのプロピオン酸を滴下後、１４０℃まで加熱し、３時間攪拌した。得られた反応液からプロピオン酸を留去して、得られた黒い残渣を、展開溶媒をクロロホルムとメタノールを１０：１の体積比で混合した溶媒を用いたシリカゲルカラムで精製して、化合物１０を得た。得られた化合物１０の同定データを以下に示す。
【００８８】
１Ｈ−ＮＭＲ（３００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ（ｐｐｍ）＝１．４９（ｓ，１８Ｈ），６．５９（ｄ，２Ｈ），６．９０（ｄ，２Ｈ），７．５（ｍ，６Ｈ），７．６８（ｓ，２Ｈ），７．７６（ｍ，４Ｈ），７．８４（ｍ，２Ｈ），７．９６（ｍ，２Ｈ）．
ＥＳＩ−ＭＳ［Ｍ・］＋：ｍ／ｚ＝６６８．３２
【００８９】
（金属錯体ＭＣ２の合成）
【化１２】
0006795321.tif 000015
【００９０】
反応容器内を窒素ガス雰囲気とした後、８．７ｍｇ（１．３μｍｏｌ）の化合物１０と、１．３ｍｇ（５．２μｍｏｌ）の酢酸コバルト４水和物を含んだ２ｍＬのメタノールおよび２ｍＬのクロロホルムの混合溶液とを混合し、６０℃に加熱しながら２時間攪拌した。得られた溶液を濃縮乾固させて、青色固体を得た。これを水で洗浄することにより、金属錯体ＭＣ２を得た。なお、前記反応式中の金属錯体ＭＣ２において、「ＯＡｃ」は、１当量の酢酸イオンが対イオンとして存在することを示す。
【００９１】
［合成例３］
＜金属錯体ＭＣ３の合成＞
【化１３】
0006795321.tif 000016
【００９２】
化合物１１をＪ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  ２０１１，  １３３，  １０７２０-１０７２３に記載の方法で合成し、続いて金属錯体ＭＣ３をＣｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．２０１２，１８，１４５９０-１４５９３に記載の方法で合成した。得られたコバルト錯体ＭＣ９のＤＡＲＴ−ＭＳ測定の結果を下記に示す。
【００９３】
ＤＡＲＴ−ＭＳ（Ｍ／Ｚ）：ｆｏｕｎｄ；６８５．４．ｃａｌｃｄ；６８５．３（Ｍ＋Ｈ）+．
【００９４】
［合成例４］
＜金属錯体ＭＣ４の合成＞
【化１４】
0006795321.tif 000017
アルゴン雰囲気下、２００ｍＬの３つ口ナス形フラスコに、4-tert-Butylanisole １０．１ｇ（６１．２ｍｍｏｌ)と、脱水ジクロロメタン８５ｍＬとを加え、臭素７．４８ｍＬ（１５３ｍｍｏｌ）を１０分かけて滴下した。室温で１１時間撹拌した。
反応液にNa2SO3水溶液を加え、クロロホルム抽出にて水と飽和食塩水で洗い、硫酸ナトリウムで乾燥、ろ過、濃縮して無色液体の1,3-dibromo-5-tert-butyl-2-methoxybenzeneを１９．８ｇ（収率１００％)得た。
【００９５】
【化１５】
0006795321.tif 000018
（以下式中、Ｂｏｃはｔｅｒｔ−ブトキシカルボニル基である）
アルゴン雰囲気下、２００ｍＬの３つ口ナス形フラスコに、1-tert-butoxycarbonyl-2-pyrrolilboronic acid １．８８ｇ（８．７２ｍｍｏｌ）、炭酸ナトリウム２．７７ｇ（２６．２ｍｍｏｌ）およびテトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム(0) ５０４ｍｇ （０．４３６ｍｍｏｌ)を入れた。別のフラスコに、アルゴン雰囲気下で、1,3-dibromo-5-tert-butyl-2-methoxybenzene３．０１ｇ（８．７２ｍｍｏｌ）1,4-dioxane ８０ｍＬおよび水５ｍＬを混合し、混合液を得た。該混合液を、先の3つ口ナス形フラスコに、室温で加え、内温６０℃で４時間撹拌後、１００℃で１時間撹拌し、反応液を得た。
反応液をろ過、濃縮し、展開溶媒ヘキサン：クロロホルム＝４：１でシリカゲルカラムクロマトグラフィーを行い、無色液体のピロール１ヶ所反応物を１．８０ｇ（収率４９．６％)得た。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ7.48 (d, J = 2.8, 1H), 7.41-7.40 (m, 1H), 7.23 (d, J = 2.8, 1H), 6.25-6.20 (m, 2H), 3.40 (s, 3H), 1.30 (s, 9H), 1.26 (s, 9H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ152.5, 149.6, 148.2, 129.9, 129.7, 129.4, 126.8, 122.5, 116.6, 114.3, 110.3, 83.6, 59.9, 34.6, 31.4, 27.4.
【００９６】
【化１６】
0006795321.tif 000019
アルゴン雰囲気下、５０ｍＬの ２つ口ナス形フラスコに、2-(3-Bromo-5-t-butyl-2-methoxyphenyl)-1-(tert-butoxycarbonyl)pyrrole １．００ｇ（２．４６ｍｍｏｌ）およびプロピオン酸９ｇを加え、１００℃で４時間撹拌し、その後、室温に戻し、反応溶液を得た。反応溶液を開放系にし、ベンズアルデヒド１２９．５ｍｇ（１．２３ｍｍｏｌ）を、プロピオン酸１ｇに溶解した溶液を加え、５時間還流した。
室温に冷ました反応溶液を濃縮し、展開溶媒ヘキサン：クロロホルム＝３：１ (ｖ/ｖ) でシリカゲルカラムクロマトグラフィーを行い、橙色固体の2,2'-(Phenylmethylene)bis[5-(3-bromo-5-t-butyl-2-methoxy)-1H-pyrroleを７９０ｍｇ(収率９１．８％) 得た。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ9.41 (s, 2H), 7.51 (d, J = 2.0, 2H), 7.38-7.28 (m, 7H), 6.53 (t, J = 3.2, 2H), 6.07 (t, J = 3.2, 2H), 5.56 (s, 1H), 3.50 (s, 6H), 1.31 (s, 18H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ149.5, 149.2, 142.0, 133.8, 129.0, 128.44, 128.37, 127.9, 127.4, 126.3, 117.8, 108.3, 107.5, 60.3, 44.6, 34.6, 31.3.
【００９７】
【化１７】
0006795321.tif 000020
アルゴン雰囲気下、５０ｍＬの３つ口丸底フラスコに、2,2'-(Phenylmethylene)bis[5-(3-bromo-5-t-butyl-2-methoxy)-1H-pyrrole ２２０ ｍｇ(０．３１２ ｍｍｏｌ)、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム(0) ５４．１ ｍｇ (０．４６８ ｍｍｏｌ)、脱水ＴＨＦ３ｍＬおよび2-Pyridylznic bromideの０．５ｍｏｌ／Ｌ ＴＨＦ溶液１．８７ ｍＬ (０．９３７ ｍｍｏｌ)を加え、室温で２時間撹拌後、還流した。１３時間後、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム(0) ２７．０ｍｇ (０．２３４ ｍｍｏｌ)、脱水ＴＨＦ２ｍＬおよび2-Pyridylzinc bromideの０．５ｍｏｌ／Ｌ ＴＨＦ溶液０．９４ ｍＬ (０．４７ ｍｍｏｌ)を追加して、更に１２時間還流して、反応溶液を得た。
反応溶液を冷まし、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を加え、ろ過し、ろ液を濃縮してクロロホルム抽出により、水と飽和食塩水で洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥、ろ過、濃縮し、展開溶媒ヘキサン：クロロホルム＝３：１（ｖ／ｖ）でアルミナゲルカラムクロマトグラフィーを２回行い、赤色固体を２１７ｍｇ得た。
得られた赤色固体を真空乾燥し、ジクロロメタン２ｍＬに溶解した。これに、2,3-dichloro-5,6-dicyano-p-benzoquinone (DDQ) ８６．６ｍｇ（０．３４３ ｍｍｏｌ）を、ジクロロメタン７ｍＬに溶解した溶液を、開放系室温で撹拌しながら５分かけて滴下して、反応溶液を得た。
反応溶液を、展開溶媒クロロホルム：酢酸エチル＝４：１（ｖ／ｖ）でシリカゲルカラムクロマトグラフィーにかけて、青色固体を８５．６ｍｇ得た。この成分はＮＭＲシグナルがブロードであった。
得られた青色固体を、ジクロロメタン抽出にて、濃塩酸、希塩酸および飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗い、硫酸ナトリウムで乾燥、ろ過、濃縮して赤色固体の2-[5-t-Butyl-2-methoxy-3-(2-pyridyl)phenyl]-5-[[5-[5-t-butyl-2-methoxy-3-(2-pyridyl)phenyl]-2H-pyrrol-2-ylidene]phenylmethyl]-1H-pyrroleを５８．０ｍｇ （収率２６．５％） 得た。また、副生成物としてピリジル基１ヶ所反応物である化合物１２を３２．２ｍｇ（収率１４．７％）得た。
【００９８】
2-[5-t-Butyl-2-methoxy-3-(2-pyridyl)phenyl]-5-[[5-[5-t-butyl-2-methoxy-3-(2-pyridyl)phenyl]-2H-pyrrol-2-ylidene]phenylmethyl]-1H-pyrroleのＮＭＲデータを以下に示す。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ8.73-8.71 (m, 2H), 7.89 (d, J = 2.8, 2H), 7.79 (d, J = 8.0, 2H), 7.71 (td, J = 7.6, 2.0, 2H), 7.65 (d, J = 2.8, 2H), 7.59-7.57 (m, 2H), 7.48-7.45 (m, 3H), 7.25-7.22 (m, 2H), 6.93 (d, J = 4.4, 2H), 6.65 (d, J = 4.4, 2H), 3.48 (s, 6H), 1.31 (s, 18H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ156.9, 153.9, 153.3, 149.6, 147.1, 141.5, 139.5, 138.1, 136.2, 134.1, 131.1, 129.2, 129.0, 128.7, 127.6, 127.0, 126.8, 124.9, 122.0, 118.8, 62.1, 34.6, 31.5.
【００９９】
【化１８】
0006795321.tif 000021
アルゴン雰囲気下、３０ｍＬの３つ口丸底フラスコに、2-[5-t-Butyl-2-methoxy-3-(4-pyridyl)phenyl]-5-[[5-[5-t-butyl-2-methoxy-3-(2-pyridyl)phenyl]-2H-pyrrol-2-ylidene]phenylmethyl]-1H-pyrrole ３０．０ｍｇ（０．４２８ ｍｍｏｌ）および脱水ジクロロメタン３ｍＬを加え、−２０ ℃で撹拌しながら三臭化ホウ素のジクロロメタン溶液１．０ｍｏｌ／Ｌを０．８６ｍＬ（０．８６ ｍｍｏｌ）５分かけて滴下した。内温の変化無し、色は赤から青に変化。３０分後、冷浴を外し５時間半撹拌した。反応溶液を０ ℃にして、水１ｍＬを滴下した。
反応溶液にクロロホルムを加え、抽出にて飽和炭酸水素ナトリウム水溶液、水および飽和食塩水で洗い、硫酸ナトリウムで乾燥、ろ過、濃縮後、展開溶媒クロロホルム：酢酸エチル＝４：１ （ｖ／ｖ）でシリカゲルカラムクロマトグラフィーを行い、紫色個体の2-[5-t-Butyl-2-hydroxy-3-(2-pyridyl)phenyl]-5-[[5-[5-t-butyl-2-hydroxy-3-(2-pyridyl)phenyl]-2H-pyrrol-2-ylidene]phenylmethyl]-1H-pyrrole (化合物１２)を１７．４ ｍｇ （収率６０．６％） 得た。 
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ8.20 (br, 2H), 8.07 (d, J = 8.0, 2H), 7.93 (d, J = 2.8, 2H), 7.85 (d, J = 2.8, 2H), 7.58-7.44 (m, 7H), 7.03-6.97 (m, 4H), 6.69 (br, 2H); 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ157.0, 156.0, 147.2, 141.1, 139.4, 138.8, 136.6, 131.8, 129.8 (br), 128.9, 127.6, 126.4, 126.1, 122.3 (br), 122.1, 121.5, 119.0, 115.9 (br), 34.4, 31.7.
【０１００】
得られた化合物１２のＤＡＲＴ−ＭＳ測定の結果を下記に示す。ＤＡＲＴ−ＭＳ（Ｍ／Ｚ）：ｆｏｕｎｄ；６７１．４．ｃａｌｃｄ；６７１．３（Ｍ＋Ｈ）+．
【０１０１】
【化１９】
0006795321.tif 000022
アルゴン雰囲気下、３０ｍＬの３つ口丸底フラスコに、化合物１２重量８．９ ｍｇ （０．０１３ ｍｍｏｌ）を、クロロホルム３ ｍＬに溶解した溶液を入れ、室温で撹拌しながら酢酸コバルト(II)四水和物９．９ ｍｇ（０．０４０ｍｍｏｌ）を、メタノール３ｍＬに溶解した溶液を加えた。赤から青に変化した。室温で１５分撹拌後、２時間還流した。
反応溶液を冷まし、濃縮し、水で懸濁ろ過をしてろ過物より金属錯体ＭＣ４を得た。
【０１０２】
得られた金属錯体ＭＣ４のＤＡＲＴ−ＭＳ測定の結果を下記に示す。ＤＡＲＴ−ＭＳ（Ｍ／Ｚ）：ｆｏｕｎｄ；８４５．３．ｃａｌｃｄ；８４５．２（Ｍ＋Ｈ）+．
【０１０３】
［合成例５］
＜金属錯体ＲＥ２の合成＞
金属錯体ＲＥ２は、以下の反応式に従って配位子と酢酸コバルト４水和物を含んだエタノールを混合、反応させることにより合成した。錯体の原料となる下記配位子はＴｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ．，１９９９，５５，８３７７に基づき合成した。
【化２０】
0006795321.tif 000023
窒素雰囲気下において、０．３００ｇの該配位子と０．１４９ｇの酢酸コバルト４水和物を含んだ４ｍｌのエタノールを２５ｍｌのナスフラスコに入れ、８０℃にて１時間攪拌した。生成した褐色沈殿を濾取してエタノールで洗浄後、乾燥することで金属錯体ＲＥ２を得た（収量０．１９７ｇ）。
【０１０４】
［合成例６］
＜金属錯体ＲＥ３の合成＞
金属錯体ＲＥ３は、下記反応式に従って、金属錯体ＲＥ３をＡｕｓｔｒａｌｉａｎＪｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２３，２２２５（１９７０）に記載の方法を参考に合成した。
【化２１】
0006795321.tif 000024
まず、窒素雰囲気下において１．９ｇの塩化コバルト６水和物と１．３１gの４―メチル−２，６−ジホルミルフェノールを含んだ５０ｍｌメタノール溶液を１００ｍｌのナスフラスコに入れ、室温にて攪拌した。この溶液に０．５９ｇの１，３−プロパンジアミンを２０ｍｌのメタノールに溶解した溶液を徐々に添加した。上記混合物を３時間還流することにより茶褐色沈殿が生成した。この沈殿を濾取し、乾燥することで金属錯体ＲＥ３を得た（収量１．７５ｇ：収率７４％）。
【０１０５】
［実施例１］
金属錯体ＭＣ１を例に酸素吸着に伴うエネルギー変化量の計算例を述べる。金属錯体合成時にはアセチル基を有するが、水中の電極上では酢酸アニオンとして水和して脱離していると考え、アセチル基は入れない構造で、モノアニオン、ジアニオン状態の各安定構造を、ＧＡＵＳＳＩＡＮ０９プログラムを用いて密度汎関数法（Ｂ３ＬＹＰ/ＬＡＮＬ２ＤＺ)での構造最適化計算を行い、モノアニオン状態が三重項状態で最も安定な構造とそのエネルギー値を得た。その後金属錯体がモノアニオン状態で酸素分子が吸着した構造についても構造最適化計算を行い、五重項状態が最安定な構造を得た。そのエネルギー値から、吸着前の錯体のエネルギー値と酸素分子単独のエネルギー値を引き算して、エネルギー変化量とした。
水分子の吸着におけるエネルギー変化量の計算については上記の方法で酸素分子を水分子に置き換えた。水分子が吸着した金属錯体は三重項状態が最安定であった。
他の金属錯体についても同じ方法で行うが、ハロゲンやアセチル基等配位子を有せず配位不飽和なサイトがある中性の金属錯体については、モノアニオン、ジアニオン状態でエネルギー計算を行い、最安定な状態において、各エネルギー変化量の計算を行った。
【０１０６】
＜電極評価＞
電極には、ディスク部がグラッシーカーボン（直径６．０ｍｍ）、リング部がＰｔ（リング内径７．３ｍｍ、リング外径９．３ｍｍ）とするリングディスク電極を用いた。金属錯体ＭＣ１（導電性カーボンに対して３質量％）と、導電性カーボン（ケッチェンブラックＥＣ６００ＪＤ、ライオン）との混合物１ｍｇが入ったサンプル瓶へ、ナフィオン（登録商標）溶液（アルドリッチ社製、５質量％ナフィオン（登録商標）溶液）１００μＬ、エタノール９００μＬを加えた後、サンプル瓶に超音波を１５分間照射した。得られた分散液７．２μＬを前記電極のディスク部に滴下して１時間風乾させた後、測定用電極を得た。
【０１０７】
＜酸素還元活性の評価＞
この測定用電極を用いて、下記測定装置および測定条件において、酸素還元反応の電流値を測定した。電流値の測定は、窒素を飽和させた状態（窒素雰囲気下）、空気を飽和させた状態（空気雰囲気下）でそれぞれ行い、空気雰囲気下での測定で得られた電流値から、窒素雰囲気下での測定で得られた電流値を引いた値を酸素還元反応の電流値とした。この電流値を測定用電極の表面積で除すことにより、電流密度を求めた。結果を表１に示す。なお、電流密度は、銀／塩化銀電極に対して−０．１Ｖのときの値である。
【０１０８】
（測定装置）
日厚計測社製ＲＲＤＥ−１回転リングディスク電極装置
ＡＬＳモデル７０１Ｃデュアル電気化学アナライザー
（測定条件）
セル溶液：１ｍｏｌ／Ｌ塩化ナトリウム
溶液温度：２５℃
参照電極：銀／塩化銀電極（飽和塩化カリウム）
カウンター電極：白金ワイヤー
掃引速度：１０ｍＶ／秒
リング電位：１．１２５Ｖ  ｖｓ  銀／塩化銀電極（飽和塩化カリウム）
電極回転速度：１６００ｒｐｍ
【０１０９】
［実施例２〜４]
金属錯体として、金属錯体ＭＣ１に代えて、金属錯体ＭＣ２（実施例２）、金属錯体ＭＣ３（実施例３）、金属錯体ＭＣ４（実施例４）および金属錯体ＭＣ５（実施例５）をそれぞれ用いて、実施例１と同様に評価を行った。金属錯体ＭＣ５は、アルドリッチ社製、製品コード３７９５４９（以下の構造式で示される化合物）を用いた。
【化２２】
0006795321.tif 000025
【０１１０】
［比較例１]〜［比較例４]
金属錯体として、金属錯体ＭＣ１に代えて、金属錯体ＲＥ１（比較例１）、金属錯体ＲＥ２（比較例２）および金属錯体ＲＥ３（比較例３）をそれぞれ用いて、実施例１と同様に評価を行った。また、比較例４として、金属錯体を用いずに、実施例１と同様に酸素還元活性の評価を行った。金属錯体ＲＥ１は、アルドリッチ社製、製品コード４４６６４５（以下の構造式で示される化合物）を用いた。
【化２３】
0006795321.tif 000026
【０１１１】
【表１】
0006795321.tif 000027
【０１１２】
本発明の電極は、酸素還元の電流密度が高い、つまり、酸素の還元能が高く、マグネシウム空気電池に最適な電極である。
【０１１３】
[実施例５]
＜マグネシウム空気電池の作製＞
（ガス拡散層用粉末の作製）
カーボンブラック（アセチレンブラック）、トライトン（キシダ化学）および水を1 : 1 : ３０ (重量比)の割合で混合し、これにＰＴＦＥ（ダイキン、Ｄ−２１０Ｃ）をカーボンブラックに対して６７重量％になるように添加し、ミルサーで５分間粉砕後、吸引ろ過し、１２０℃で１２時間乾燥させる。乾燥後これをミルサーで微粉化し、２８０℃、３時間空気中で熱処理を行う。ここで得られた粉末をミルサーで再度微粉化しガス拡散層用粉末を得る。
【０１１４】
（触媒層用粉末の作製）
ビーカーに水１００ｍｌと１−ブタノール１ｍｌとを入れ、その中にカーボン（ケッチェンブラック６００ＥＣ）０．１８ｇ、合成例１で作製したコバルト金属錯体ＭＣ１を０．０８ｇ加える。２時間攪拌後、ＰＴＦＥ（ダイキン、Ｄ−２１０Ｃ）０．１６ｇを少量ずつ加えてさらに１時間攪拌する。それを吸引ろ過し、１２０℃で乾燥してミルサーで粉砕し、触媒層粉末を得る。
【０１１５】
（正極の作製）
ホットプレス用金型にアルミホイルをのせ、その上にニッケルメッシュ（ニコライ社製）をのせ、ガス拡散層電極用粉末を６０ｍｇ充填し、ガス拡散層用粉末の上に触媒層用粉末を６０ｍｇ充填する。まず、８０ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で冷間プレス行った後、３５０℃に保ったホットプレスを用いて１０秒間プレスを行い、正極を得る。正極の反応面積は１．７６７ｃｍ２である。
【０１１６】
（マグネシウム空気電池）
前記正極、負極となるマグネシウム板（エレキット社製、マグネシウム燃料電池カーＪＳ−７９００）、負極の集電体として銅箔（アルドリッチ社製、製品コード３４２０８）を用いてマグネシウム空気電池を組み立てる。電解液として１Ｍ塩化ナトリウム水溶液を注入し、充放電試験機（東洋システム社製、製品名：ＴＯＳＣＡＴ−３０００Ｕ）に接続し、発電試験を行うことで、マグネシウム空気電池の発電を確認することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明の電極は、マグネシウム空気電池の電極として利用可能であり、また本発明は安定して発電可能なマグネシウム空気電池を提供することが出来る。
【符号の説明】
【０１１８】
１…マグネシウム空気電池、１１…正極触媒層、１２…正極集電体、１２０…正極端子、１３…負極活物質層、１４…負極集電体、１４０…負極端子、１５…電解液
【図１】
0006795321.tif 000032