2021 Fiscal Year Annual Research Report
アニオン制御に立脚した酸素発生触媒の高活性化と触媒設計指針の創製
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19K15678
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
宮原 雄人 京都大学, 工学研究科, 助教 (60807816)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 酸素発生反応 / 複合アニオン化合物 / 水電解 / 電極触媒 / 電気化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に引き続き、アルカリ条件下におけるペロブスカイト構造を有する酸ハロゲン化物の酸素発生触媒活性に着目して研究を行った。
まず、これまで未検討であったMn系酸ハロゲン化物について、酸塩化物Sr4Mn3O7.5Cl2を合成し、酸素発生活性を測定した。その結果、比較触媒として選定したMn系ペロブスカイト酸化物LaMnO3+dよりも高い酸素発生活性を有することが明らかとなり、Mn系化合物についてもアニオン制御が効果的であることが示唆された。酸素還元活性もLaMnO3+dやCo系材料と比較して高く、金属－空気二次電池用空気極触媒として機能することが期待された。
今年度までに、Mn／Fe／Coを有する酸フッ化物／酸塩化物／酸硫化物／酸窒化物の酸素発生活性を測定してきており、遷移金属カチオンと非酸素アニオンの組み合わせが重要であることが見出された。具体的には、ペロブスカイト酸化物において低活性なものが多いFe3+のみを使用した場合、いずれの非酸素アニオンについても低活性にとどまった。一方で、Fe3+とCo3+を適量混合するとその活性が大幅に向上し、酸化物を上回る活性を引き出すことに成功した。上記の知見はアニオン制御を行う上で重要であり、酸化物で得られている知見との融合が今後期待される。
最後に、Fe/Co系酸ハロゲン化物について水電解セルの試作を行い、従来酸化物であるLaCoO3と活性を比較したところ、200mV程度の高活性化が達成された。
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