2017 Fiscal Year Research-status Report
TERS analysis of electrochemical catalysis for water electrolysis
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17K05969
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
原 正則 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40457825)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 水電解 / プローブ顕微鏡 / ナノ粒子触媒 / 反応解析 / ナノカーボン材料 / ラマン分光測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、チップ増強ラマン分光法を用いた溶液中における新規水電解触媒の反応挙動の解析の研究であり、H29年度は特に測定に用いる試料の合成について主に研究を進めた。
測定に用いる水電解触媒としては、酸化イリジウムをナノカーボン材料上に担持したIrO2-rGO、および担体を修飾した触媒もしくは酸化イリジウムのナノ粒子に他の金属元素を添加した合金触媒を用いる。本年度の研究では、特に窒素原子をドープしたグラフェン材料を担体に用いた触媒、および酸化イリジウムと酸化ルテニウムを合金化した触媒の合成に成功した。新規担体を用いて作製した触媒では、触媒活性および耐久性の向上が見られた。一方、酸化イリジウムを酸化ルテニウムを合金化した触媒では大きな活性の向上が見られたものの、ルテニウムの含有量の増加に伴い耐久性の低下がみられた。これらの触媒での活性向上の現象解明は、今後の触媒合成において新規な高性能触媒を開発するための指針になると期待される。
チップ増強ラマン分光法に用いる触媒としては、さらに実触媒だけでなく、モデル電極として化学気相成長(CVD)により合成した広面積のグラフェンに酸化イリジウムナノ粒子を担持した電極を検討している。本年度は、欠陥のないCVDにより合成したグラフェン上に酸化イリジウムナノ粒子を担持することに成功しており、大気中でのAFM測定により粒子サイズの計測を行った。今後は、CVDグラフェンに欠陥を導入し、実触媒を模擬したモデル電極の作製を進める
チップ増強ラマン分光装置については、装置メーカーとAFM‐ラマン装置のテスト測定を行い、目的の測定に対応した装置の導入のための準備を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は、新規な水電解用アノード触媒の開発と、触媒上の反応のチップ増強ラマン分光法を用いた反応挙動解析の二つのテーマから成っている。
新規な水電解触媒の開発に関しては、触媒ナノ粒子の合金化と担体の修飾の2点から研究を進めており、触媒合成条件が触媒活性の向上および触媒耐久性に与える影響について明らかとなって来ている。この様に新規触媒合成に関しては、当初の計画よりも進展してる。
チップ増強ラマン分光法用のモデル電極の作製に関しては、電極の作製法の確立に成功しており、今後は実触媒より得られた担体や触媒ナノ粒子の情報をもとに、チップ増強ラマン分光測定に用いる電極の作製を行う。このモデル電極の作製に関しては概ね計画通りに研究が進行してる。
溶液中測定用のチップ増強ラマン分光装置の導入に関しては、メーカーとデモ実験を行い、導入する装置の検討を行って、装置の概要については決定した。しかし、装置改良に対するメーカー側での対応について決定するまでに長時間かかってしまい、また、大学側にて改良を進めることに変更となったため、導入後の装置の対応についてメーカー側と決定するまでに時間が必要となってしまい、H29年度中に装置導入が出来ず、予定よりも研究の進行が遅くなった。現在は、装置の仕様が確定したため、H30年度初頭に装置を導入し、研究を進める予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
H30年度は、研究に用いる試料の調製に関しては、H29年度に開発した新規触媒を基にしたモデル電極の作製を行う予定である。チップ増強ラマン分光測定については、装置の導入が行われ次第、研究計画に従って、溶液中でのチップ増強ラマン分光測定のモデル電極を用いた計測を行い、得られた測定結果をもとにラマン分光測定用の光学系の最適化やセルの再設計などの装置の改良を進める。特に、安定してチップ増強ラマン分光測定が行えるセルおよびチップホルダーの改良を主に行う。
チップ増強ラマン分光測定用の探針については、本研究室にて高感度、長寿命の大気中測定用のチップ増強ラマン分光測定用AFM探針の開発が進んでおり、大気中測定用の探針の表面を修飾し、溶液に対する耐性を向上させた探針を測定に適用する。
新規水電解触媒の開発については、H29年度の研究成果を組み合わせて、高活性かつ高耐久性を有する触媒の開発を行う。また、合成した触媒上での反応特性の評価及び現象の解明も引き続き行う。
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| Causes of Carryover |
予算の使用計画において大きな割合を占めるH29年度に導入予定であったチップ増強ラマン分光測定用の装置の導入が、メーカーとの装置性能の確認や研究目的に合わせた装置改良の対応についての相談において当初予定よりも長時間かかってしまったため、H29年度中の導入が出来なかった。そのため、使用した費用に大きな余剰が出来てしまった。H29年度中の相談により装置仕様は確定されたので、H30年度初頭に装置を導入し、研究を進めていく予定である。
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Research Products
(7 results)
