Mutil-phase interfacial design for developing low noble metal water electrolysis catalysts
| Project/Area Number |
21H01661
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
轟 直人 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (10734345)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
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| Keywords | 水電解 / 酸素発生反応 / ルテニウム酸化物 / 界面 / 電極触媒 / 貴金属酸化物 / 格子歪み / イリジウム酸化物 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、水素生成法として普及が期待されている固体高分子型水電解装置の電極材料に用いられる酸素発生触媒について、触媒－担体の二相界面および触媒－担体－電解液の三相界面が触媒活性・耐久性に及ぼす影響を明らかにする。本研究目標の達成により、水電解触媒の省貴金属化に資する界面構造設計指針が確立され、将来的な高性能かつ安価な新規触媒が開発に貢献し、水電解で製造する水素のコストが低減されることが期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、RuO2/TiO2触媒の水電解酸素発生反応における触媒-担体-電解液三相界面の影響を評価するために、RuO2試料の作製条件を昨年度から見直し、Nb:TiO2単結晶基板上に島状RuO2触媒が堆積したモデル触媒を用いた研究を行なった。RuO2触媒は金属Ruをアークプラズマ蒸着法を用いて基板上に担持し、それを大気中で高温熱処理することで得た。原子間力顕微鏡(AFM)により基板の面方位に対応してRuO2が単結晶の島状構造を有しており、数百nm程度の電気化学測定に適したサイズに成長していることを確認した。触媒特性評価は走査型電気化学顕微鏡(SECM)を用いて行なった。SECMにより作製したモデル触媒の形状像および酸素発生反応活性に起因する電流像を得ることに成功した。更に、島状構造の測定箇所、すなわちテラス部とステップ集積部で酸素発生反応活性が著しく異なることを見出した。本研究では基板/触媒/電解液の三相界面で反応が促進する可能性を想定していたが、本測定においては触媒/電解液の二相界面でより高い活性が観測された。当初期待した結果では無かったものの、三相界面と二相界面の役割を明らかにした、という点で当初目的を達成したと言える。また、本研究では二相界面における結晶面の影響を分析するために、異なる面方位の単結晶基板にRuO2薄膜を堆積し、触媒活性・安定性に及ぼす結晶面の影響も調査した。その結果は、(100)面が(110), (001)面に対し大幅に高い活性、安定性を示すことが明らかになった。本研究成果より、(100)面を多く有するナノ構造触媒が実用触媒として高機能を示す可能性が示唆された。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(24 results)
