酸素欠損を利用した電気化学反応促進機構の研究
Publicly Offered Research
| Project Area | New Materials Science on Nanoscale Structures and Functions of Crystal Defect Cores |
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| Project/Area Number |
20H05180
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
八木 俊介 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (60452273)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 電気化学触媒 / 酸素発生反応 / 四重ペロブスカイト型酸化物 / 非晶質層 / 過電圧 / グルコース燃料電池 / 触媒活性制御 / 酸素欠損 / 金属空気電池 |
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| Outline of Research at the Start |
酸素の電気化学反応は水の電気分解、電解採取プロセスのアノード反応、金属空気電池などに関わる非常に重要な反応である。本研究では、酸素の電気化学反応を促進させる触媒材料の研究を行い、省エネルギー化および副反応と電極消耗の抑制を目指す。特に、酸化物触媒中における酸素欠損量と、酸素の電気化学反応に対する触媒活性の本質的な関係を明らかにし、酸素欠損量を能動的に制御することにより、触媒活性の大幅な向上を試みる。さらに開発した電気化学触媒を、金属空気電池などのエネルギー変換デバイスへと応用する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸素の電気化学反応は水の電気分解、電解採取プロセスのアノード反応、金属空気電池などに関わる非常に重要な反応である。酸素の電気化学反応を現実的な速度で進行させるためには、熱力学的に必要と算出される電圧の印加だけでは足りず、活性化エネルギーに相当する余分な電圧（過電圧）の印加が必要となり、これが副反応の進行や莫大なエネルギー損失、電極の消耗などの重大な問題の原因となっている。
本年度は、電気化学析出法によって、コバルト酸化物触媒の前駆体を電極表面に直接形成する手法を開発し、基板表面にあらかじめVS2層を形成するか否かによって、最終的に得られるコバルト酸化物触媒の結晶性を制御できることを明らかにした。VS2層を形成しない場合、Ar雰囲気下における300℃、3時間の熱処理によって、結晶性のスピネル型酸化物Co3O4が得られるが、VS2層を形成した場合、これが還元剤となって、異なる酸化数を有する非晶質複合Co酸化物が形成された。この非晶質複合Co酸化物は、スピネル型酸化物Co3O4よりも安定で、結果として物質が本来有する酸素発生触媒活性の発現が長期間にわたって可能であった。以上より、結晶粒界の無い非晶質Co酸化物の優位性が示されたと同時に、スピネル型Co酸化物の溶解が、結晶粒界から進行することが示唆された。
上記の他にも、本研究から派生したグルコース燃料電池用Pt触媒の反応機構や、マグネシウム電池用正極活物質の電解液酸化分解反応に対する触媒活性制御に関する学術論文を発表した。さらに現在、酸性・中性水溶液中でも安定な四重ペロブスカイト型酸化物触媒に関する研究成果をまとめた論文を投稿中である。
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(33 results)
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[Journal Article] Metamagnetic Behavior in a Quadruple Perovskite Oxide2021
Author(s)
Okazaki Yuichi、Kato Yuta、Kizawa Yuta、Oda Seiji、Uemura Kai、Nishio Takuya、Fujii Fuminari、Fujinari Shintaro、Kinoshita Masaya、Odake Takao、Togano Hayato、Kamegawa Takashi、Kawaguchi Shogo、Yamamoto Hajime、Ikeno Hidekazu、Yagi Shunsuke、Wada Kouhei、Ahn Kyo-Hoon、Hariki Atsushi、Yamada Ikuya
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Journal Title
Inorganic Chemistry
Volume: 60
Issue: 10
Pages: 7023-7030
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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