2009 Fiscal Year Annual Research Report
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21550124
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大澤 雅俊 Hokkaido University, 触媒化学研究センター, 教授 (00108466)
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| Keywords | 水素生成 / 電気分解 / 触媒 / 吸着分子 / 赤外分光 / 電極表面反応 / DFT計算 |
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| Research Abstract |
エネルギー源としての水素の重要性が増している。水の電気分解は水素製造の一つの手段である。エネルギー源として電力を使用するが、夜間の余剰電力を用いれば経済的にペイする。電気電解のための電極としてPtが最も高活性であるが、より安価な代替電極触媒が求められる。HgやAgなどの不活性な電極でも、溶液中にある種の有機化合物を加えると水素発生の過電圧が低下することが古くから知られているが、その機構は謎のままであった。最近われわれは、4,4'-ビピリジン(BiPy)が過電圧を著しく低下させることを見出し、電極に単分子吸着したBiPyの酸化還元が水素発生を触媒することを明らかにした。この結果は、分子をうまく選択すれば、安価な電極の触媒活性を格段に改善できる可能性を示唆するものである。本研究計画は、分子の触媒機構をより深く理解し、安価な電極の触媒活性をPtに近づけるための道筋を開拓することを目的とした。
本年度は、チオ尿素による促進機構を表面増強赤外分光、電気化学測定法、DFTによる量子化学計算を複合化して検討した。その結果、チオ尿素が2段の1電子還元で水から2個のプロトンを引き抜き、不安定な反応中間体を生成することを見出し、分子内の2個の余分な水素原子がわずかな活性化エネルギー(～10kCal mol^<-1>)で結合し、水素ガスを放出するというモデルを提案した。水素ガスを放出した後、チオ尿素は再度電気化学的に還元されるので、この反応は繰り返し触媒的に進行する。明らかになった反応機構は古くから提案されてきたモデルとは大きく異なる新規反応で、ヒドロゲナーゼなどの生体系における水素活性化機構と類似している。
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[Journal Article] ATR-SEIRAS Investigation of the Fermi Level of Pt Cocatalyst on a Ga N Photocatalyst for Hydrogen Evolution under Irradiation2009
Author(s)
Yoshida, M., Yamakata, A., Takanabe, K., Kubota, J., Osawa, M., Domen K.
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Journal Title
J.Am.Chem.Soc. 131
Pages: 13218-13219
Peer Reviewed
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[Journal Article] In Situ Scanning Tunneling Microscopy Observation of Metal-Cluster Redox Interconversion and CO Dissociation Reactions at a Solution/Au(111)Interface2009
Author(s)
Noda, H., Uehara, H., Abe M., Michi, T., Osawa, M., Uosaki, K., Sasaki, Y.
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Journal Title
Bull.Chem.Soc.Jpn. 82
Pages: 1227-1231
Peer Reviewed
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