2020 Fiscal Year Annual Research Report

Fabrication of thin films composed of coordination-polymer/semiconductor heterojunction and their functions controlled by electron/hole transfer

Research Project

Project/Area Number	18H01988
Research Institution	Yamagata University
Principal Investigator	栗原正人山形大学, 理学部, 教授 (50292826)
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)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	配位高分子 / 電気化学触媒 / 炭素電極 / ナノ微粒子
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。
Research Progress Status	令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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。