| Project/Area Number |
22K19078
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
Todoroki Naoto 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (10734345)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
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| Keywords | 水素 / 水電解 / 酸素発生反応 / 電極触媒 / 異方歪み / 貴金属酸化物 / イリジウム酸化物 |
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| Outline of Research at the Start |
グリーン水素の製造法の１つとして普及が期待されている固体高分子形水電解(PEMWE)のアノード用触媒としてIr酸化物(IrO2)が多量使われている。Irは極めて希少かつ高価な元素であるため、PEMWEの普及に向けIr酸化物触媒の大幅な使用量低減が求められている。本研究では、IrO2触媒の反応活性に影響し得る構造因子として「異方歪み」に着目し、その機能を明らかにすることを目的とする。ルチル型構造を有する酸化物の単結晶ヘテロ構造モデル触媒を真空蒸着法により作製し、ヘテロ構造の酸化物種・膜厚を制御因子としてIrO2層に与える異方歪み量を変調し、IrO2のOER活性に対する異方歪みの影響を議論する。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, epitaxially grown oxide heterostructures（RuO2/XO2/TiO2(110); X = Ir, Sn） were used as model catalysts to clarify the effect of anisotropic strain on the catalytic properties for water electrolytic oxygen evolution. The insertion of SnO2 as an intermediate layer in RuO2/TiO2(110) alleviated the structural and electrical mismatch between the RuO2 catalyst and TiO2 support, resulting in a significant improvement in both catalytic activity and durability. These results indicate that it is possible to modulate the oxygen evolution catalytic properties by appropriately controlling the anisotropic strain applied to the RuO2 catalyst.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究の遂行により、異相酸化物とRu酸化物触媒の格子ミスマッチに起因して印加される異方歪みを制御することにより酸素発生触媒活性・耐久性を向上するための重要な基礎的知見が得られた。酸素発生触媒は固体高分子型水電解水素製造装置のボトルネック技術であり、既往のIr酸化物触媒の代替材料開発は重要な課題である。本研究で研究対象としたRu酸化物はIr酸化物代替触媒の有力候補であり、本研究で得られた異方歪み制御の知見を実用材料に生かすことにより、水電解法による水素製造効率の向上、水素コストの低減が期待される。
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