2017 Fiscal Year Annual Research Report
Visualization of Electrocatalytic Activities on Two-Dimensional Materials by Nanoscale Electrochemical Imaging
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16H06042
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
熊谷 明哉 東北大学, 材料科学高等研究所, 准教授 (50568433)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 分析化学 / 電気化学 / 走査型プローブ顕微鏡 / 二次元電子系材料 / 二次元材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二次元電子材料は、その理想的な二次元構造により、バルク特性では発現しない特異な物性を示す。その特異性を利用し、従来の電極触媒能を凌駕した材料の開発・研究が盛んに行われている。特にグラフェンに代表される原子膜をエネルギー材料として応用する試みは、レアアースフリーの電極触媒として期待されており、国際的にも研究競争の激しい分野である。本研究で用いたナノ電気化学イメージングは、50 nm程度の高空間分解能で材料の電気化学反応に起因した電流応答をその場観察することが可能である。これにより、既存の電気化学測定法と違い、空間分解能を持って評価することで二次元電子系材料の高反応性の律速要因の特定が可能となった。H29年度はグラフェン試料を準備し、水素発生反応や酸素還元反応などの電極触媒反応のナノ電気化学イメージングの取得に成功した。各測定は、グローブボックス内の雰囲気環境制御下にて反応系を制御することで、電極触媒能のその場観察の検証を行った。その結果、エッジ構造における電極触媒能が高いことが視覚的かつ定量的に評価することが可能となった。また、他の二次元電子系材料、特に層状化合物を原子膜化した超薄膜に関しても検証を行った。その結果、グラフェンと比較すると、エッジ構造による電極触媒反応が必ずしも高い反応性を示すものでもないことを明らかにした。その他にも絶縁性を示す原子膜でも層数に依存し、触媒能が顕著にみられるなどナノ電気化学イメージングの可視化技術により材料の特異な電極触媒反応の検証が可能となってきた。
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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
H29年度はナノ電気化学イメージング技術を用いて、電極触媒反応をその場観察で計測することに成功した。特に測定雰囲気を制御し、水素発生反応や酸素還元反応などを切り分けて評価することが可能となった。また、その他の材料への応用も可能となり、二次元電子系材料の電気化学反応における特異性の分析が可能となりつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
グラフェンに代表される二次元電子系材料の評価を更に進める。特に、幅広い原子膜の水素発生反応や酸素還元反応などを定量的に評価し、材料のもつポテンシャルを最大限に引き出す律速要因を各材料にて導き出す。
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