2020 Fiscal Year Research-status Report
ナノ構造制御により活性サイトの溶出を抑制したコアシェル型酸素発生触媒の開発
| Project/Area Number |
20K05657
|
|---|
| Research Institution | Kitami Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
大野 智也 北見工業大学, 工学部, 教授 (90397365)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平井 慈人 北見工業大学, 工学部, 准教授 (80756669)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 酸素発生反応 / ナノコーティング / ナノ粒子 / 電気化学触媒 / セラミックス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本申請研究では、複合金属酸化物であるSrTiO3高性能酸素発生反応(OER)触媒である(Ca,Sr)RuO3(CSRO)粒子表面にナノレベルで均一にコーティングし、OER反応中のRu成分の溶出を抑制する事で、長寿命な高性能OER触媒を開発する。またコーティングに使用するSrTiO3前駆体分子を金属アルコキシド法における加水分解・重縮合反応を制御する事で設計し、前駆体分子の分子設計によるコーティング層の構造制御を実施する。
初年度は様々な金属アルコキシド基を有するSrTiO3前駆体溶液を開発し、モデル粒子として選択したSiO2粒子表面にコーティングを実施し、ナノ粒子表面へのSrTiO3の均一なコーティングプロセスの開発を実施した。この際、エトキシドから2-メトキシエトキシドの範囲でアルコキシド側鎖基が異なるSrTiO3前駆体分子を作製し、この違いによるコーティング層の微構造への影響を評価した。その結果、SiO2粒子表面のシラノール基との反応性の違いによるSrTiO3コーティング量の制御に成功した。またこれらの金属アルコキシド基の立体障害効果が異なるため、粒子表面のシラノール基と反応可能なSrTiO3分子の量が異なるため、コーティング層の微構造がアルコキシド基の種類により異なる事を確認した。
すなわち、初年度の研究目標である、１．異なるアルコキシド基を有するSrTiO3前駆体溶液の開発、２．SiO2モデル粒子を使用した複合金属酸化物のコーティングプロセスの開発についてほぼ達成した。また次年度の研究で実施予定の電気化学測定で使用するバイポテンショスタットを初年度に購入し、既に購入済みの回転リングディスク電極装置と接続し、電気化学測定システムを立ち上げ、既存の電気化学触媒を用いて、測定精度についても確認した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請書に記載した初年度の研究目標である『部分加水分解法などアルコキシド反応の制御技術を用いて、異なる分子構造のSrTiO3前駆体を開発する』について達成しており、SiO2モデル粒子を用いたコーティング技術の開発についても成功した。申請書には初年度及び二年度の研究計画として『コア粒子となるCSRO粒子の表面処理による親水化を実施し、ナノ構造制御可能なホスト粒子を作製する』を示しているが、この項目は今年度のコロナ禍による研究の遅れにより現時点では未実施となっている。しかしモデル粒子を用いたコーティング技術そのものは開発済みのため、部分的には二年度の研究計画を前倒しで実施しており、当初の計画はほぼ達成されていると結論付けた。
また異なる分子構造を持つSTO前駆体の開発では、Ti側の部分加水分解処理が緻密なコーティング層の作製に有効であることを示唆する結果が得られており、この知見は本申請研究以外のコアシェル構造を有する材料開発に対して有益な知見となりえる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
申請書では、初年度及び二年度の研究開発目標として、前述したように『部分加水分解法などアルコキシド反応の制御技術を用いて、異なる分子構造のSrTiO3前駆体を開発する』と『コア粒子となるCSRO粒子の表面処理による親水化を実施し、ナノ構造制御可能なホスト粒子を作製する』を挙げており、現時点ではこれら二つの目標に対して順調に研究は進行している。
そのため特に後者の項目を二年度に達成するため、コア粒子の表面処理技術の開発を中心に次年度の研究を遂行する。また初年度にモデル粒子を用いて開発したコーティング技術を、表面処理を実施したCSRO粒子に対して適用し、基礎研究の成果を利用する。さらにモデル粒子では有効であった、前駆体分子の分子設計によるコーティング層への影響についてもCSRO粒子を用いて検証し、モデル粒子を用いた研究成果が一般化可能であるかについて示す。
|
| Causes of Carryover |
（理由）申請した物品購入時、既存の装置が一部使用可能である事が判明し、その部分のユニットを購入せず既存システムを改良したため、差異が生じた。
（使用計画）計画どおりに研究成果が出ているため、二年度の学会活動に必要な旅費として使用する。
|
