Design principle of metal oxides as electrocatalysts for alkaline water splitting based on machine learning and construction of durable water electrolyzer cell systems

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15087
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Sugawara Yuuki 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (10814791)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: アルカリ水電解 / 電気化学触媒 / 機械学習 / 酸素発生反応 / 金属酸化物 / 構造因子 / 密度汎関数理論 / 設計指針

Outline of Final Research Achievements

A design guideline for highly active multimetal oxide catalysts AxByOz (A: typical metal, B: transition metal) for water electrolysis has been established through a machine learning analysis. Using this design guideline, we succeeded in developing a layered cobalt-manganese oxide/graphene hybrid catalyst with the highest catalytic activity for anodic oxygen evolution reaction in the water electrolysis among the previously reported transition metal-based binary oxides. Furthermore, we focused on the development of nanospinels AMn2O4 (A: inexpensive typical metal or transition metal) composed of manganese and reported highly active NiMn2O4 nanospinels.

Free Research Field

エネルギー材料、電気化学触媒、化学工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は、水電解用高性能電極触媒の開発および水電解による水素製造技術の高効率化に対して、結晶構造の観点から設計指針を提供することで当分野を大きく飛躍させると期待される。水電解反応に対する触媒作用と結晶構造の間に眠る法則を明らかにするという学術的な有用性に加えて、再生可能エネルギーと水からの水素製造のための水電解用触媒の開発は脱炭素ソリューションとしてのエネルギー変換技術の普及拡大に大きく貢献できる。