単一的な微小多孔質構造を有する複酸化物電極の湿式作製法の開発

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K15329
• Research Institution: Kyoto Municipal Institute of Industrial Technology and Culture
• Principal Investigator: 紺野 祥岐 地方独立行政法人京都市産業技術研究所, 京都市産業技術研究所, 次席研究員 (60774643)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: アノード酸化 / 陽極酸化 / めっき / 多孔質 / 電極材料 / スピネルフェライト

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではめっき法とアノード酸化法という簡便な湿式表面処理の組み合わせによる多孔質酸化物電極の作製を目的とする。本手法では，蜂の巣状の単一的な多孔質構造を自己組織的に生成できるため，一般的な作製過程における粒子の凝集や多孔質構造の複雑化を抑制することにより，電極の比表面積を効率的に向上させることが期待できる。
本研究課題では，特に酸素還元・酸素発生反応（ORR/OER）用電極への応用を目指して，めっき法によるアノード酸化基材表面の組成制御を介した触媒活性な多孔質アノード酸化膜の形成法の確立，および多孔質構造を変化させた際の電極の有効表面積の変化と活性への影響を明らかにする。
本年度では，様々な鉄系合金めっきのアノード酸化によって，ORR，及びOERに活性な酸化物からなる多孔質膜の形成を試みた。水溶液中でFe-M(M=Mn,Ni,Co)合金めっき膜を作製した後，これをアノード酸化，及びポスト熱処理することで，直径80nm以下のポアを有するスピネルフェライト（MxFe3-xO4）多孔質膜を作製できた。またスピネルフェライトの添加元素Mの割合は，Fe-Mめっきの合金組成を変えることである程度制御が可能であった。回転リングディスク電極を用いて，これらのORR及びOER活性を評価したところ，ORRについてはMnxFe3-xO4多孔質膜が，OERについてはNixFe3-xO4多孔質膜が，最も低い過電圧を示し，添加元素Mの選択によって電極触媒活性を向上できることが分かった。またORRの分極曲線の挙動などから，多孔質膜のポア構造が，おそらくポア内部への酸素の拡散に寄与し，電極の活性に影響を与えている可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り，目的の反応に活性な酸化物を得るためにどの合金めっきを採用すべきか，明らかとなりつつある。また本研究の主題のひとつである多孔質構造が電極の特性に与える影響について，特に酸素還元反応において，その影響を示唆する結果が得られている。
従って研究は順調に進展していると判断している。

Strategy for Future Research Activity

今後はめっき組成をより高度に制御することにより，電極活性の向上を試みるとともに，多孔質構造のORR電極特性へ及ぼす影響についても，明らかにしていく予定である。