2022 Fiscal Year Annual Research Report
Mutil-phase interfacial design for developing low noble metal water electrolysis catalysts
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21H01661
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
轟 直人 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (10734345)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水電解 / 酸素発生反応 / ルテニウム酸化物 / 界面 / 格子歪み |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、RuO2/TiO2触媒の水電解酸素発生反応における触媒-担体-電解液三相界面の影響を評価するために、Nb:TiO2単結晶基板上に島状RuO2触媒が堆積したモデル触媒を用いた研究を行なった。RuO2触媒はアークプラズマ蒸着法を用いて作製し、原子間力顕微鏡(AFM)により基板の面方位に対応してRuO2が単結晶の島状構造を有していることを確認した。触媒特性評価は走査型電気化学顕微鏡(SECM)を用いて行なった。SECMにより作製したモデル触媒の形状像および酸素発生反応活性に起因する電流像を得ることに成功した。更に、島状構造の測定箇所によって酸素発生反応活性が著しく異なることを見出した。この違いを考察するため、走査型電子顕微鏡を用い、触媒表面よおび触媒/酸化物担体界面のミクロ構造解析を行なった。その結果、RuO2触媒が一部TiO2基板と固溶している箇所が確認された。興味深いことに、基板方向への固溶の深さが場所に大きく依存しており、ステップ-キンクなどのTiO2基板の表面欠陥が固溶度に影響していることが示唆された。SECMで観測された測定箇所によって異なる活性はRuO2のTiO2基板への固溶度の違いに起因すると考えられる。本年度の結果からは、本来想定していた触媒-担体-電荷液三相界面の影響を評価することができなかったが、偶発的に異相酸化物間の固溶とそれに応じた触媒活性の違いを明らかにすることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
触媒-担体間2相界面の影響は前年度までに概ね明らかにし、今年度追加データを取得し、論文投稿した。今年度主に取り組んだ3相界面の影響は、当初想定していた試料構造が得られなかったためにまだ明らかにできていないが、前年度が計画以上に進展していたため研究計画当初の予定には沿っており、おおむね順調に進展している。次年度は試料構造を見直し、本来の目標達成に向け取り組む。
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| Strategy for Future Research Activity |
島状構造を有するRuO2触媒のサイズを大きくすることにより基板との固溶の影響が小さい試料を作製し、触媒-担体-電解液三相界面の影響を明らかにする。試料作製に用いる蒸着装置や熱処理条件、堆積量を調整し、試料の最適化を試みる。
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Research Products
(7 results)
