2023 Fiscal Year Annual Research Report
Activity enhancement of water splitting electrocatalysts by tuning the anisotropic strains using rutile heterostructures
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22K19078
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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) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 水電解 / 酸素発生反応 / 貴金属酸化物 / 電極触媒 / 異方歪み |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度は、RuO2/MO2(M=Ir, Sn)/TiO2(110)単結晶ヘテロ構造を作製し、その酸素発生触媒特性を評価し、MO2中間層の存在がRuO2触媒の異方歪みおよび触媒活性におよぼす影響を議論した。その後、論文にまとめ、ACS Catalysis誌に掲載された（ACS Catalysis, 13, 2023, 11433-11440）。本成果はRuO2/TiO2触媒について中間層を用いて触媒機能を向上することに成功し、異方歪みの役割について明らかにした世界初のものである。
既に当初計画の目的をほぼ達成しているため、本年度はRuO2触媒中の異方歪みを制御する手法として異種元素ドーピングを検討した。異種元素としてTiを選択し、アークプラズマ蒸着法を用いTiドープRuO2単結晶薄膜を作製した。構造評価には走査型透過電子顕微鏡(STEM)、in-planeX線回折、原子間力顕微鏡、X線光電子分光法を用いた。触媒活性は窒素パージした過塩素酸溶液中で分極曲線を測定し評価した。触媒耐久性は定電流密度でのクロノポテンショメトリーにより評価した。作製した薄膜の断面STEM観察を行なったところ、ドープ元素であるTiが単結晶薄膜内に均一に固溶されていることが確認され、目的とする異種元素ドープ単結晶薄膜を得ることに成功した。また、Ti量が増加するほどRuO2単結晶薄膜内の異方歪み量が増加しており、異種元元素ドーピングにより異方歪みを制御することができた。更に、異種元素ドーピングによりRuO2薄膜のＯＥＲ活性、安定性が飛躍的に向上し、異方歪み量と触媒特性との相関性が示唆された。
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