2020 Fiscal Year Annual Research Report
電解製錬の高効率化・省電力化を目指した酸素発生電極材料の研究
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18H03835
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
八木 俊介 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (60452273)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山田 幾也 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30378880)
池野 豪一 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30584833)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電気化学触媒 / 酸素発生反応 / 電解製錬 / アノード / 過電圧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，亜鉛の電解製錬等への応用を想定して，酸性水溶液中で安定でかつ，酸素発生反応に対して活性を有する新規触媒材料の探索を行った．
本研究により，酸性～中性水溶液中では，多くの酸化物は不安定で溶解するが，貴金属酸化物，特にRuとIrを成分に含む酸化物は比較的高い安定性と活性を示すことを明らかにした．この結果に基づき，Irよりも安価なRuを含有する酸化物に対象を絞り，以下の結果を得た．
・四重ペロブスカイト型酸化物ACu3Ru4O12(A=Ca, Sr, La, Ce, Nd)は，単純ペロブスカイト型酸化物Sr1-xBaxRuO3に比べて高い活性と安定性を示した．・四重ペロブスカイト型酸化物ACu3Ru4O12の活性は，古くから知られている酸素発生触媒RuO2に比べ最小でも5倍以上の活性を示した．・Aサイトが2価カチオンの場合（A=Ca, Sr）の方が3価カチオンの場合(A=La, Ce, Nd)よりも，四重ペロブスカイト型酸化物ACu3Ru4O12の安定性は高かった．特に、Aサイトが2価カチオンの酸化物であるCaCu3Ru4O12およびSrCu3Ru4O12の安定性はRuO2を上回った．・Ru-O原子間距離と活性の間に相関は見られなかったが，ACu3Ru4O12の安定性はRu-O原子間距離が短いほど向上した．
また，本研究を進める中で，四重ペロブスカイト型酸化物CaCu3Ru4O12を常圧条件下で合成する方法を確立した．また，より多くの触媒材料が検討できる塩基性水溶液を用いて，4価の鉄イオンとコバルトイオンが共存する酸化物の触媒活性と安定性が向上するメカニズムを，第一原理計算と実験を組み合わせて明らかにした．さらに，本研究の派生研究として，酸素発生反応と酸素還元反応の両方に高い活性を有する硫化物系触媒材料を開発し，亜鉛空気二次電池などのデバイスの試作を行った．
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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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