2016 Fiscal Year Annual Research Report
異常原子価鉄イオンによる酸素発生触媒の活性化とその機構の解明
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15H04169
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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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅澤 直人 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 光触媒材料センター, 主任研究員 (20455273)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 電気化学触媒 / 酸素発生反応 / 酸素還元反応 / 四重ペロブスカイト / 二機能性触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
産業的に重要な酸素発生反応に対して高い活性を有する触媒材料として，ペロブスカイト型酸化物が注目されている．ペロブスカイト型酸化物はABO3の化学式で表される酸化物であり，AサイトとBサイトを占有する元素の選択の自由度が高く，機能性酸化物として広く研究が行われている．昨年度までの研究において，Bサイトに配置した異常原子価鉄イオン（Fe4+イオン）が，酸素発生反応に対して高い触媒活性を発現するために重要な役割を担うことを明らかにするとともに，四重ペロブスカイト型酸化物の構造に起因する活性発現のメカニズムを提唱した．本年度はこの知見を応用し，もともと酸素還元反応に対して活性が高いマンガン系酸化物の構造を四重ペロブスカイト型とすることにより，酸素発生反応，酸素還元反応の両方に対して高い活性を有する二機能性電気化学触媒AMn3Mn4O12 (A=Ca, La)を生み出すことに成功した．同材料は，酸素発生・還元の両方の反応に対して高い活性が要求される金属空気二次電池用触媒としての応用が期待される．今後は，デバイス全体として反応を促進させるための電極のマクロ構造の最適化（ポーラス化などによる比表面積の増大）ならびに，触媒担持の安定性の向上を目指し，電極表面の凹凸や電極構成元素の検討を進める．一方で，粉末以外の試料も評価を行うことができるように，薄膜試料用評価セルの試作を進める予定である．これにより，PLD（パルスレーザーアブレーション）法やスパッタリング法などにより作製された結晶性が高い薄膜試料を評価できるようになる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本年度は，異常原子価鉄イオンを含む様々な遷移金属イオンの電子状態が，酸素発生反応に対する触媒活性に与える影響を考察する予定としており，これについては当初の計画通り研究を進めることができている．本年度はさらに，昨年度までの研究結果を応用し，これまで提唱されたことのない，二機能性電気化学触媒を生み出すことに成功している．本成果は研究計画段階では想定していなかった成果であり，研究が加速している証拠である．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究において，酸化物の構造や遷移金属イオンの電子状態と，酸素発生・還元反応に対する触媒活性との関連性について詳細に検討を進めてきた．今後の展開としては，デバイス全体として反応を促進させるための電極のマクロ構造の最適化（ポーラス化などによる比表面積の増大）ならびに，触媒担持の安定性の向上を目指し，電極表面の凹凸や電極構成元素の検討を進める．一方で，粉末以外の試料も評価を行うことができるように，薄膜試料用評価セルの試作を進める予定である．これにより，PLD（パルスレーザーアブレーション）法やスパッタリング法などにより作製された結晶性が高い薄膜試料を評価できるようになる．
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[Presentation] 酸素還元ならびに酸素発生触媒の新展開2016
Author(s)
平井 慈人, 八木 俊介, 藤岡 正弥, 大野 智也, 松田 剛
Organizer
日本セラミックス協会東北北海道支部第24回北海道地区セミナー2016
Place of Presentation
北海道大学フロンティア化学教育研究センター
Year and Date
2016-10-28 – 2016-10-28
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[Presentation] 酸素発生触媒の活性化と安定化2016
Author(s)
八木 俊介, 山田 幾也
Organizer
日本セラミックス協会 第28回秋季シンポジウム
Place of Presentation
広島大学東広島キャンパス
Year and Date
2016-09-07 – 2016-09-09
Invited
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