2017 Fiscal Year Research-status Report
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16K05746
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| Research Institution | Yokohama National University |
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Principal Investigator |
光島 重徳 横浜国立大学, 大学院 工学研究院, 教授 (70323938)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 水電解 / 酸素発生電極 / 再生可能エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
SPE水電解は再生可能エネルギーを用いる高効率水素製造技術として重要である。しかし、酸素発生電極触媒にIr系貴金属酸化物が使用されているため、低コスト化が課題であり、触媒を微細化して利用率を高めるために担体に担持することが有効である。高電位で安定な導電性酸化物の担体材料として、Ti4O7などが報告されている。酸性溶液中での酸素発生電極は工業電解でも重要であり、チタンを基材とした酸素発生用のDSA(寸法安定性電極)が使用されており、DSAでも触媒の有効利用が必要であるが、触媒とチタン基材間の酸化物の状態などに不明点があり、省貴金属は進んでいない。そこで、本研究では、SPE水電解の担体や酸素発生用DSAの基礎検討として、低酸素分圧で熱処理してチタン表面に形成した導電性酸化チタンの電気化学的安定性ならびにIrO2を微量熱分解被覆した導電性チタン酸化物の寿命評価を行った。
作製した電極の薄膜XRDでは、空気中500℃，1 h焼成した電極は、基材であるTiのピークのみが確認されたが、電極表面の色が変化していることから、酸化物被膜が生成されたと考えられる。また、p(O2)＝1.84×10^-17で1050℃，10 h焼成を行った電極は、TiO2のピークが確認された。一方、20 hやp(O2)＝1.43×10^-17で1050℃，10 h焼成した電極ではTiO2とTi4O7の混合層であった。電位走査よる安定性の評価では、処理なしのTiや空気中500℃で焼成した電極は不安定で次第に抵抗が上昇したのに対し、高温でTi4O7を形成すると電位変動に対して安定で低抵抗の材料が得られた。TiO2が形成した電極は安定であったが、表面の抵抗が高かった。しかし、高温で薄膜のTiO2を形成した電極に微量のIrO2を担持するとIrO2による触媒能付与のみならず、酸化物の抵抗も低減し、安定で活性な電極を得た。
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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
Ti基材に高温、低酸素分圧化で調製した酸化物薄膜に従来の貴金属酸化物被覆量の約1/50の微量でも酸素発生触媒能が発現すること、このときTi酸化物と何らかの相互作用によりTi酸化物の電子伝導性が向上することを見出した。この電極は従来プロセスで貴金属担持量を下げただけの電極よりも耐久性も優れていたことから、1)従来電極の貴金属担持量は基材を保護する分も含まれており、貴金属担持量低減の可能性がある。2)TiO2薄膜にIrO2を担持することにより、複合酸化物が形成する、あるいは微量ドープされて半導体的な性質が変化して電子伝導性が向上する。3)微量のIrO2を担持した電極の活性を貴金属質量当たりで考えると、活性は通常の電極の数十倍に達しており、触媒期の発現を議論する上で興味深い結果である。以上の3点は実用的にも学術的にも有用であり、おおむね順調と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
微量のIrO2を担持した電極の活性を貴金属質量当たりで考えると、活性は通常の電極の数十倍に達している電極について再現性を確認すること、劣化時のIrO2残存量など定量的に把握することを期首に実施する。
その後、TiO2ナノ粒子など従来IrO2担体の候補と考えてこなかった材料を担体とし、様々なIrO2担持量の電極触媒を調製し、その特性を評価することをすすめて、この材料がTiO2を利用しているのか、IrO2の活性を担体が向上しているかなどの疑問に対する糸口を得る予定である。
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Research Products
(4 results)
