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Synthesis of highly active catalysts applicable for metal-air batteries and the exploration of the governing factor of their catalytic activity

Research Project

Project/Area Number 16K17965
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Inorganic industrial materials
Research InstitutionKitami Institute of Technology

Principal Investigator

HIRAI Shigeto  北見工業大学, 工学部, 助教 (80756669)

Research Collaborator Ohno Tomoya  
Kamihara Yoichi  
Fujioka Masaya  
Yagi Shunsuke  
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2018: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2017: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords酸素発生反応 / 金属空気電池 / 電子相関 / 酸素欠損 / 超伝導体 / パイロクロア酸化物 / ペロブスカイト酸化物 / 酸素還元反応 / マンガン酸化物 / 混合アニオン化合物 / 酸素発生触媒 / パイロクロア / 電子構造 / 絶縁体 / 金属 / 非フェルミ流体 / 水分解 / 酸素還元触媒 / 無機工業化学
Outline of Final Research Achievements

It has been revealed that the catalytic activity toward oxygen evolution reaction is rapidly enhanced by the strong electron-electron correlation. As the electron-electron correlation gets stronger, metallic compounds finally become insulating. Therefore, metallic compounds at the metal-insulator border (including the superconductors that become zero electrical resistance at low temperature) are predicted as excellent oxygen evolution catalysts. In fact, superconductor-related compounds with sufficient oxygen vacancies and metallic compounds that are insulating at low temperature also showed excellent OER activity. Therefore, it is promising to search for metallic compounds at the metal-insulator border.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

限りなく絶縁体に近い金属は超伝導体の開発の観点から盛んに研究されてきた。しかし、酸素発生触媒との相関については今まで系統的な研究が行われていなかった。本研究によって、酸素発生触媒の探索指針として、限りなく絶縁体に近い金属が有効であり、今後も新しい触媒の開発が期待できる。また、限りなく絶縁体に近い金属が酸素発生触媒として優れているということは、水の電気分解や空気電池の電極触媒として、エネルギー損失を小さくできることを意味しており、今後の実用化に向けた触媒の設計指針が明確になったと言える。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 7 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Int'l Joint Research] 国立台湾大学 凝縮系物理研究所(台湾)

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  • [Journal Article] LaPt5As 超伝導体 -酸素発生・還元反応に対する新しい二元機能触媒-2018

    • Author(s)
      平井 慈人,藤岡 正弥,古中 晶也,大野 智也,松田 剛
    • Journal Title

      日本材料科学会 「材料の科学と工学」

      Volume: 55 Pages: 180-184

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  • [Journal Article] Oxygen vacancy-originated highly active electrocatalysts for the oxygen evolution reaction2018

    • Author(s)
      S. Hirai, K. Morita, K. Yasuoka, T. Shibuya, Y. Tojo, Y. Kamihara, A. Miura, H. Suzuki, T. Ohno, T. Matsuda, and S. Yagi
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry A

      Volume: 6 Issue: 31 Pages: 15102-15109

    • DOI

      10.1039/c8ta04697b

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  • [Journal Article] Non-Fermi Liquids as Highly Active Oxygen Evolution Reaction Catalysts2017

    • Author(s)
      S. Hirai, S. Yagi, W.-T. Chen, F.-C. Chou, N. Okazaki, T. Ohno, H. Suzuki, T. Matsuda
    • Journal Title

      Adv. Sci.

      Volume: 4 Issue: 10 Pages: 1700176-1700176

    • DOI

      10.1002/advs.201700176

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Introduction of ruthenates as promising oxygen evolution catalysts2018

    • Author(s)
      Shigeto Hirai, Shunsuke Yagi, Tomoya Ohno, Takeshi Matsuda
    • Organizer
      2019 Symposium for the Promotion of Applied Research Collaboration in Asia
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  • [Presentation] OER mechanism of Cobalt-based layered compounds2018

    • Author(s)
      Shigeto Hirai, Masaya Furunaka, Shunsuke Yagi, Tomoya Ohno, Takeshi Matsuda
    • Organizer
      The 5th Korea-Japan International Symposium on Materials Science and Technology 2018
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  • [Presentation] 層状コバルト酸化物を軸とした高性能な酸素発生触媒の設計2018

    • Author(s)
      古中 晶也,平井 慈人,大野 智也,松田 剛
    • Organizer
      応用物理学会 第79回秋季学術講演会
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  • [Presentation] Unique Electronic Structure as a Key Factor for Highly Active Oxygen Evolution Catalysts2018

    • Author(s)
      Shigeto Hirai, Shunsuke Yagi, Wei-Tin Chen, Tomoya Ohno, Hisao Suzuki, Takeshi Matsuda
    • Organizer
      69th Annual International Society of Electrochemistry Meeting 2018
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Proposal of New Electrochemistry in Mixed Anion Compound2018

    • Author(s)
      Shigeto Hirai
    • Organizer
      International Union of Materials Research Societies, International Conference on Electronic Materials 2018
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Co3+を軸とした層状酸化物の酸素発生活性2018

    • Author(s)
      古中 晶也,平井 慈人,大野 智也,松田 剛
    • Organizer
      日本材料科学会平成30年度学術講演大会
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  • [Presentation] マンガン酸化物における酸素発生活性の支配因子2017

    • Author(s)
      平井 慈人、八木 俊介、大野 智也、松田 剛
    • Organizer
      資源・素材学会 平成29年度春季大会
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      千葉工業大学(千葉県・習志野市)
    • Year and Date
      2017-03-27
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  • [Presentation] New finding of electronic structure-activity relationship in oxygen evolution catalysts2017

    • Author(s)
      Shigeto Hirai
    • Organizer
      MRS-Korea, and Materials Science Society of Japan, 8月, 東大阪市
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 酸素発生触媒としての強相関電子系2017

    • Author(s)
      平井慈人
    • Organizer
      粉体工学会、8月, 奈良市
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    • Invited
  • [Presentation] 特殊な金属状態の酸化物による酸素発生反応の高効率化2017

    • Author(s)
      平井 慈人, 八木 俊介, 陳 威廷, 大野 智也, 鈴木 久男, 松田 剛
    • Organizer
      電気化学会、9月, 長崎市
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  • [Presentation] 非フェルミ流体と酸素発生触媒の設計方針2017

    • Author(s)
      平井 慈人, 八木 俊介, 陳 威廷, 大野 智也, 鈴木 久男, 松田 剛
    • Organizer
      応用物理学会、9月, 福岡市
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  • [Presentation] The New Finding of the OER Activity Descriptor2016

    • Author(s)
      平井 慈人、八木 俊介、大野 智也、松田 剛
    • Organizer
      MRS-Korea, and Materials Science Society of Japan
    • Place of Presentation
      慶州(韓国)
    • Year and Date
      2016-11-15
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高圧合成法がもたらす酸素発生触媒の新展開2016

    • Author(s)
      平井 慈人、八木 俊介、陳 威廷、大野 智也、鈴木 久男、松田 剛
    • Organizer
      日本高圧力学会 高圧討論会 2016
    • Place of Presentation
      筑波大学(茨城県・つくば市)
    • Year and Date
      2016-10-26
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  • [Presentation] Enhancement of the Oxygen Evolution and the Oxygen Reduction Reactions in Mn3+ based Electrocatalysts2016

    • Author(s)
      平井 慈人、八木 俊介、藤岡 正弥、大野 智也、松田 剛
    • Organizer
      The Electrochemical Society, PRIME 2016
    • Place of Presentation
      ホノルル(アメリカ合衆国)
    • Year and Date
      2016-10-02
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マンガン酸化物におけるOER・ORR活性の探索2016

    • Author(s)
      平井 慈人、大野 智也、松田 剛、八木 俊介
    • Organizer
      粉体工学会 第54回粉体に関する討論会
    • Place of Presentation
      登別グランドホテル(北海道・登別市)
    • Year and Date
      2016-09-12
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  • [Presentation] マンガン酸化物における酸素還元活性支配因子の探索2016

    • Author(s)
      平井慈人、大野智也、松田剛、八木俊介、陳威廷
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第29回秋季シンポジウム
    • Place of Presentation
      広島大学(広島県・東広島市)
    • Year and Date
      2016-09-07
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  • [Presentation] 構造制御による酸素発生・還元活性の支配因子の探索2016

    • Author(s)
      平井 慈人、八木 俊介、藤岡 正弥、大野 智也、松田 剛
    • Organizer
      日本セラミックス協会 東北北海道支部 第24回北海道地区セミナー
    • Place of Presentation
      北海道大学(北海道・札幌市)
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    • Invited
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 酸素発生反応触媒、酸素発生反応電極及び酸素発生反応方法2017

    • Inventor(s)
      平井慈人、大野智也、松田剛、八木俊介
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人北見工業大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-014257
    • Filing Date
      2017
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      2017 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 酸素発生反応触媒、酸素発生反応電極及び酸素発生反応方法2017

    • Inventor(s)
      平井 慈人  大野 智也  松田 剛   八木 俊介
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人 北見工業大学
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2017-014257
    • Filing Date
      2017-01-30
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      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2022-02-22  

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