2020 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of thin films composed of coordination-polymer/semiconductor heterojunction and their functions controlled by electron/hole transfer
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18H01988
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
栗原 正人 山形大学, 理学部, 教授 (50292826)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石崎 学 山形大学, 理学部, 講師 (60610334)
八木 政行 新潟大学, 自然科学系, 教授 (00282971)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 配位高分子 / 電気化学触媒 / 炭素電極 / ナノ微粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二元系金属元素からなるPBAナノ結晶水分散液を用いてカーボンペーパー上に担持したFeNi-PBAナノ結晶が、アルカリ水溶液中で、加水分解し、特定のFe/Ni金属組成比で、FeNi layered-double-hydroxide (LDH) ナノ結晶に変化することを明らかにした。そのカーボンペーパー上のFeNi LDH ナノ結晶は、これまで様々な電極上・様々な金属組成で報告されたOER触媒と比較した結果、世界最高の機能を示すことが結論付けられた（最小のTafel slope、15.1 mV dec-1、過電圧300 mVで、最高のturnover frequency、1.58 s-1 と最大の mass activity、10600 A g-1）。この研究成果は、ASC Appl. Energy Mater.に掲載された。最終年度は、CoとMnの二元系金属元素からなるPBAナノ結晶水分散液を用いてカーボンペーパー上に担持したCoMn-PBAナノ結晶を400℃で加熱分解しCoMn複合酸化物に変化させた。この複合酸化物は、特定のCo/Mnの組成比において、低過電圧の優れたＯRR機能を示すことを明らかにした。また、回転ディスク電極を用いて、ほぼ4電子でORR反応が進行することを明らかにした。そこで、同じカーボンペーパー上に、CoMn-PBAナノ結晶から加熱分解したCoMn複合酸化物とFeNi-PBAナノ結晶から加水分解したFeNi LDHを共存させることで、OERとORRの両方の機能を示すbifunction触媒を作製した。従来、OER/ORR反応を繰り返えすことで、OER電圧ストレスによりORR触媒能が劣化することが知られていたが、本触媒系ではその劣化が十分に抑制できることを見出し、亜鉛-空気電池を作製した結果、良好に動作することを見出した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(3 results)
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[Journal Article] FeNi Layered-Double-Hydroxide Nanoflakes with Potential for the Intrinsically High Water-Oxidation Catalytic Activity2020
Author(s)
M. Ishizaki, H. Tanno, H. Sutoh, T. Katsuki, T. Hayasaka, M. Yagi, Y. Tsubonouchi, K. Tajima, T. Kawamoto, Y. Sakuda, and M. Kurihara
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Journal Title
ACS. Appl. Energy Mater.
Volume: 3
Pages: 9040-9050
DOI
Peer Reviewed
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