2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of innovative water splitting catalysts with three-dimensional reaction sites
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17K05843
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
吉田 真明 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授(テニュアトラック) (00582206)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 水分解触媒 / オペランド観測 / X線吸収分光 / 赤外吸収分光 / 電気化学 / 軟X線 / テンダーX線 / 放射光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
再生可能エネルギーを利用した水の電気分解による水素の製造のため、より高効率な水分解システムの構築が望まれている。すでに水素生成の触媒は効率が高いため、より高活性な酸素生成触媒の開発が重要である。申請者はこれまで、触媒が作動している状態を測定する「オペランドX線吸収分光法」を利用し、アミノ酸などの有機分子がニッケル酸化物クラスターを集積化して高い酸素生成活性を発現することを独自に見出してきた。そこで本研究では、触媒の機能をより詳細に解明することを目的に、「硬X線」「テンダーX線」「軟X線」というエネルギーの異なるX線を用いたオペランドX線吸収分光測定装置を高度化した。さらに、金属元素・電解質アニオン・カチオン・有機分子の組み合わせを変えてクラスター同士の集積化をコントロールすることで、高効率な水分解触媒を開発することを目指して研究を行った。
最終年度は、Mn,Co,Ni遷移金属の酸化物に対して、様々なアニオン・カチオン・有機分子を含んだ触媒膜を作製し、各分析装置を用いたオペランド観測で詳細に触媒を調べた。その結果、炭酸イオンが高酸化数の金属酸化物を安定化していることが分かり、高活性な反応サイトを持つCo・Ni触媒を開発できた。また、触媒反応時の溶液を交換すると吸着アニオン・カチオンが入れ替わることが示され、オペランド分光測定を利用することで高効率なMn・Co触媒を開発することができた。今後は、より最適な金属元素・アニオン・カチオン・有機分子の組み合わせを見つけることで、さらなる高活性な触媒開発へつなげていくことを考えている。
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