2018 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of direct electrochemical hydrogenation at Pt single-crystal electrodes by using differential electrochemical mass spectroscopy
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16K06853
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| Research Institution | Toyama Prefectural University |
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Principal Investigator |
脇坂 暢 富山県立大学, 工学部, 教授 (40377601)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 水素化電解 / 微分電気化学質量分析 / 白金電極 / 芳香族炭化水素 / Langmuir-Hishelwood / Pt-Ru合金 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロエマルションは通常のエマルションとは異なり熱力学的に安定であり、親水性・親油性のバランスをとることで、ナノレベルにおいて水(プロトン)と油両方の輸送チャンネルを形成することが可能である。この性質から、お互い溶けあわない炭化水素とプロトンを電極表面に同時に供給することが可能である。そこでマイクロエマルション反応場を活用することで芳香族炭化水素の直接電解水素付加反応機構の解析を行った。また、本年度は水素付加活性が高いと報告されているPt-Ru電極触媒の調製を行い、電解水素化に与える合金化の効果を調査し、活性向上メカニズムの解明を試みた。
(1)水素付加活性に与えるマイクロエマルション反応場の影響：トルエンの水素付加電解において、比較的低い溶液抵抗、6電子反応ながら40 mV /decと小さなTafel勾配、100%に達する高いファラデー効率から、O/W型のマイクロエマルションが最も芳香環への水素化反応に適していることがわかった。マイクロエマルション中では水素吸着波が消失していることから、トルエンが電極表面上に強く吸着していることが示唆された。水素化電解は、この電極表面上に吸着したトルエン分子と吸着水素が反応するLangmuir-Hinshelwood機構で進行すると考えられる。D型マイクロエマルションでは、プロトンパスの減少による液抵抗の増大と共に、Tafel勾配の増大も見受けられ、O/W型とは律速段階が異なることが示唆された。
(2)Pt-Ru合金触媒の水素化活性：Pt-Ru単結晶電極の調製を試みたが、本研究では成功しなかった。しかし、スパッタ法によりTi基板上に調製したPt-Ru薄層電極を用いることで、トルエンの水素付加において、Ruの組成に対して火山型の活性向上を示すことを見出した。
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