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2020 Fiscal Year Research-status Report

空間構造の精密制御による三次元水分解触媒の創出

Research Project

Project/Area Number 20K15042
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

Wang Kehsuan  東京理科大学, 工学部工業化学科, 講師 (30778618)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords電気化学触媒 / 酸素発生反応 / 触媒形状制御 / オペランド観測 / X線吸収微細構造
Outline of Annual Research Achievements

本課題では、再生可能エネルギーを利用した水電解による水素製造のため、安価で三次元的に機能する高効率水分解触媒の開発を目的に実験を行った。これに向けて、(1) 触媒クラスター同士の空間制御、(2)触媒を修飾する担体電極基板の三次元化、(3)触媒形状の制御という三つの観点から水分解触媒の空間構造を精密に制御することに着手した。
本年度は、触媒クラスター同士の空間制御に関して、構造異性体であるL-アラニンおよびβ-アラニンを添加したニッケル前駆体溶液から酸化ニッケル触媒クラスターを作製することで、これらの分子とニッケルイオンとの錯体の構造が酸化ニッケル触媒クラスターの集積化に与える影響を検討した。これらの錯体溶液を前駆体として作製した酸化ニッケル触媒の化学構造を同定すると、いずれの触媒もNiOOH構造であることが示された。しかしながら、L-アラニンを含む溶液で集積された触媒のクラスターサイズはβ-アラニンを含む溶液で集積された触媒と比べて小さいことが判明した。また、L-アラニンを含む溶液で集積された触媒クラスターの配向を揃えることができることを確認した。これは、L-アラニンのアミノ基とカルボキシル基がクラスターに配位することで触媒クラスター同士が精密に集積していると考えられる。一方、触媒クラスターの配列に配向性があることにより、高い活性及び耐久性を有する優れた触媒として機能していることを種々の分光学的解析により明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は、当初の計画通り、有機分子を導入することで、触媒クラスターの配向といった空間制御により、三次元的に水分解触媒として機能を持たせることに成功した。そのため、研究がおおむね順調に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

本年度の知見に基づき、触媒を修飾する担体電極基板の三次元化を組み合わせ、固液界面の反応場を著しく増加させることで、三次元的に機能する高効率酸素生成触媒の開発を考えている。

Causes of Carryover

(1)旅費として計上していたが生じなかったため、および(2)論文投稿費が学内から補助されたためである。繰り越し金は主に物品費として使用する予定である。

  • Research Products

    (10 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (5 results)

  • [Int'l Joint Research] Taiwan Tech(Taiwan)

    • Country Name
      Taiwan
    • Counterpart Institution
      Taiwan Tech
  • [Int'l Joint Research] National Cheng Kung University(Taiwan)

    • Country Name
      Taiwan
    • Counterpart Institution
      National Cheng Kung University
  • [Journal Article] Lanthanum nanocluster/ZIF-8 for boosting catalytic CO2/glycerol conversion using MgCO3 as a dehydrating agent2021

    • Author(s)
      Chechia Hu, Chien-Wei Chang, Masaaki Yoshida, and Ke-Hsuan Wang
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry A

      Volume: 9 Pages: 7048-7058

    • DOI

      10.1039/d0ta12413c

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Nanometer-Thick Nickel Oxide Films Prepared from Alanine- Chelated Coordination Complexes for Electrochromic Smart Windows2020

    • Author(s)
      Ke-Hsuan Wang, Hayato Ikeuchi, Masaaki Yoshida, Takafumi Miura, I-Ping Liu, Genta Watanabe, Siyang Cui, and Takeshi Kawai
    • Journal Title

      ACS Applied Nano Materials

      Volume: 3 Pages: 9528-9537

    • DOI

      10.1021/acsanm.0c02390

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Operando Observations of a Manganese Oxide Electrocatalyst for Water Oxidation Using Hard/Tender/Soft X-ray Absorption Spectroscopy2020

    • Author(s)
      Shun Tsunekawa, Futaba Yamamoto, Ke-Hsuan Wang, Masanari Nagasaka, Hayato Yuzawa, Satoru Takakusagi, Hiroshi Kondoh, Kiyotaka Asakura, Takeshi Kawai, and Masaaki Yoshida
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 124 Pages: 23611-23618

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c05571

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 電析による金マイクロ・ナノ構造体の作製へのヨウ化カリウムの影響2020

    • Author(s)
      崔 思揚、WANG Ke-Hsuan、伊村 芳郎、河合 武司
    • Organizer
      第10回CSJ化学フェスタ2020
  • [Presentation] ポリスチレン粒子膜を鋳型とした 鉄・ニッケル電極触媒の形態制御と高表面積化2020

    • Author(s)
      永塚 涼也、河合 武司、伊村 芳郎、WANG Ke-Hsuan
    • Organizer
      第10回CSJ化学フェスタ2020
  • [Presentation] 高効率なナノカップ状オキシ水酸化鉄水分解反応触媒の開発と活性評価2020

    • Author(s)
      渡邉 源大、WANG Ke-Hsuan、伊村 芳郎、河合 武司
    • Organizer
      第71回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] 金マイクロ・ナノ構造体の電着に対するハロゲン化物の影響2020

    • Author(s)
      崔 思揚、WANG Ke-Hsuan、伊村 芳郎、河合 武司
    • Organizer
      第71回コロイドおよび界面化学討論会
  • [Presentation] ポリスチレン粒子膜を鋳型とした鉄・ニッケル電極触媒の形態制御と高表面積化2020

    • Author(s)
      永塚 涼也、河合 武司、伊村 芳郎、WANG Ke-Hsuan
    • Organizer
      第71回コロイドおよび界面化学討論会

URL: 

Published: 2021-12-27  

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