2015 Fiscal Year Annual Research Report
液体論の観点から再考するナノポーラス電極の電気化学
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15H03877
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
深見 一弘 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60452322)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
邑瀬 邦明 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30283633)
天野 健一 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30634191)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ポーラス電極 / 電気化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
溶媒の観点からポーラス電極の電気化学について再考し、「イオンの高速移動」について集中的に検討を進めた。孔壁と溶質の溶媒和特性を制御して、溶質が溶媒から受ける力に基づくイオン移動を実験的に評価した。電荷密度の低い金属錯イオンと疎水性ナノポーラス電極を組み合わせると、ナノポアへと金属錯イオンが高速に浸透しうることが分かった。ナノポアのサイズ依存性について調べたところ、数ナノメートルのナノポアでは金属イオンの高速移動が確認されるのに対して、数十ナノメートルのメソポアでは金属イオンの高速移動が確認されなかった。一方、金属錯イオンの配位子を制御して、その電荷密度をより低下させると、金属錯イオンの浸透がより高速になることを明らかにした。さらに、通常は電気化学反応に関与しない共存する支持電解質の影響についても調査した。電解液にカリウムカチオンが存在するときと比較して、より疎水的なテトラエチルアンモニウムカチオンなどが存在する場合に、金属イオンの浸透がより高速化することも明らかにした。
その他に、速度論的な電位窓の拡大について、取り組んだ。現在のところ、ナノポアにおいてpHを局所的に、かつ任意に変化させることが可能になった。この知見を生かして、熱力学的視点も加味しつつ速度論的に水の電位窓の拡大を目指している。また、速度論的観点からのメタン酸化によるメタノール生成について取り組んでおり、必要とする電極の作製を試みている。
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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
「１．イオンの高速移動」「２．電位窓の拡大」「３．反応生成物の選択性」という３つの課題について取り組んでいるところであるが、課題１については当初の予定以上に進展している。課題２については、概ね当初の予定通り進んでおり、次年度には成果発表も予定している。一方、課題３については、適当なナノポーラス電極の選定に予想以上の時間を要したため、遅れている。全体の研究進捗としては、概ね順調であるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
「１．イオンの高速移動」「２．電位窓の拡大」「３．反応生成物の選択性」という３つの課題について引き続き検討を進める。課題１では、これまでモデルケースとしてきたPt電析系に加えて、Zn電析系に展開する。特に、Znの金属負極電池を想定した検討を進める。課題２では、ナノポアでの局所的なpHをより高精度に制御する手法の確立と、その評価方法の開拓を進める。課題３においては、メタンの酸化反応においても安定に作動しうるナノポーラス電極の作製を試みる。ナノポーラスシリコンへ炭素源となる有機物を修飾し、ナノポーラスカーボン電極もしくはナノポーラスシリコンカーバイド電極の作製を試みる。これらの電極が作製できれば、メタン酸化反応の検討を進める。
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