オペランドXASと理論計算を活かした活性状態制御によるマンガン電極触媒の高効率化
| Project/Area Number |
22KJ2347
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| Project/Area Number (Other) |
22J22756 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
恒川 舜 山口大学, 大学院創成科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 水分解触媒 / マンガン酸化物 / X線吸収分光 |
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| Outline of Research at the Start |
低炭素社会に向けて、水の電気分解に再生可能エネルギーを用いることでCO2を排出しない水素製造が注目されている。低炭素社会を実現するためには、水素製造コスト削減の観点から、安価で豊富な遷移金属を用いた水分解触媒の開発が重要である。効率の良い水分解触媒の開発には、水分解反応機構の理解が不可欠である。オペランドXAS測定は、触媒反応中の触媒の電子状態や構造を明らかにすることができる。そこで本研究では、マンガン触媒による水分解反応において、オペランドXAS測定と多重散乱理論などによる理論計算によって触媒の活性種を明らかにし、触媒構造の制御により高効率化を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽光などの再生可能エネルギーを水素という化学エネルギーに変換・利用する水素社会実現に向け、二酸化炭素を排出しない水の電気分解反応による水素製造法の導入促進が望まれている。水分解反応において酸素生成は水素生成よりも過電圧が大きいため、酸素生成触媒の研究・開発が行われてきた。中でも、高価な貴金属を用いた触媒は水分解活性が高いが、資源量に制約があるため、非貴金属を用いた触媒が求められている。オペランドXAS測定は、触媒反応中の触媒の電子状態や局所構造を明らかにすることができるため、水分解反応機構に迫ることが出来る。本研究の目的は、反応下のマンガン酸化物水分解触媒のXAS分析と理論計算を駆使し、適切な触媒調整条件を探索することで、水分解活性の向上を目指すことである。
本年度は、KEK-PFやSPring-8といった放射光施設にて、水分解反応セルや自動精密ステージといった光学関連の調整・改良をし、オペランドXAS分析を行った。水分解(酸素生成)反応電位では、酸化によるマンガン酸化物表面の形状変化や価数変化を観測した。他にも、水分解反応前後における触媒表面や内部におけるマンガンや酸素元素などの局所構造情報を取得した。当初の研究計画通り、取得した実験データを用いた詳細な解析・理論計算は、本年度に導入したワークステーションの立ち上げ、解析ソフトのインストールなどの準備が完了しつつあるので、来年度以降本格的に進めていく予定。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り、来年度の理論計算に使用するマンガン酸化物触媒に含まれる各元素のオペランドXAS測定データを取得することができており、ワークステーションの準備も完了しつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
取得した実験データを元に、詳細な解析・理論計算を行い、触媒の活性状態を求める。また、オペランドXAS測定の光学関連の調整や改良等を行い、より質の高い測定データを取得していく。
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Report
(1 results)
Research Products
(5 results)
