2015 Fiscal Year Research-status Report
3d遷移金属水酸化物ナノシート・グラフェンの複合材料を用いた貴金属代替触媒の開発
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15K13296
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
馬 仁志 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, MANA研究者 (90391218)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 水酸化物 / ナノシート / グラフェン / 複合材料 / 電極触媒 / 水分解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヘキサメチレンテトラミン（HMT）の加水分解及び過酸化水素（H2O2）のその場酸化などの手法を駆使することにより、Ni2+-Mn3+系LDH結晶の合成に初めて成功した。陰イオン交換した後、単層ナノシートに剥離した。Ni-Mn系LDHナノシートと酸化グラフェン（GOまたはRGO）を分子レベルでヘテロ複合化する簡便な溶液プロセスを開発した。２種類のナノシートを交互に積層したヘテロ複合材料を水の電気分解による酸素発生反応を調べたところ、過電圧が0.26 Vまで非常に小さく抑えられ、ターフェル勾配も46 mV/Dec程度で電極触媒として有効に働くことが分かった。LDHナノシートとグラフェンとの超格子構造を形成したことによって、電荷および反応物・イオンの移動/転送が容易になり、触媒反応を促進することが電気化学的活性表面積とインピーダンスの分析から明らかになった。さらに、このハイブリッド電極触媒を用い、単三乾電池（1.5V）一本だけで水の電気分解実験を行い、酸素と水素を効率的に発生することを実証した。高導電性グラフェンと水酸化物ナノシートをナノレベルで接合することにより協同効果が発現し、優れた電極触媒性能につながったためと考えられる。
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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
Ni-Mn系LDHナノシートを新たに合成し、グラフェンとの複合材料を試作できた。この複合材料は水の電気分解による酸素発生反応に高い触媒活性を示すことが確認された。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は水酸化物ナノシートの組成チューニング及び複合構造を最適化することにより電極触媒としてさらなる機能アップを目指し、研究を精力的に進める。酸素発生反応に限らず、酸素還元においても貴金属代替できる安価な3d遷移金属系電極触媒の開発を推進していく。
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| Causes of Carryover |
年度当初は燃料電池セル（50万円）の購入を計画し、電極触媒実験に活用する予定であったが、別の予算確保で購入できたので、助成金からの購入を見送りすることになった。よって、未使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
購入した燃料電池セルのリペアキット及び触媒性能を評価するための回転電極装置に使う電極消耗品に充てる計画である。
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Research Products
(2 results)
