2023 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of the Mechanism of Activity Expression on Electrochemical Catalysts with Amorphous Surfaces
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23K17812
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
八木 俊介 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (60452273)
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| Project Period (FY) |
2023-06-30 – 2025-03-31
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| Keywords | 電気化学触媒 / 非晶質 / 酸素発生反応 / 四重ペロブスカイト型酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸素の電気化学反応は水の電気分解、電解採取プロセスのアノード反応、金属空気電池などに関わる非常に重要な反応である。酸素の電気化学反応を現実的な速度で進行させるためには、熱力学的に必要と算出される電圧の印加だけでは足りず、活性化エネルギーに相当する余分な電圧（過電圧）の印加が必要となり、これが副反応の進行や莫大なエネルギー損失、電極の消耗などの重大な問題の原因となっている。この問題を解決するためには、安価で高活性かつ安定な電気化学触媒の開発が必要であり、世界中で様々な触媒が提案されている。
研究代表者らのこれまでの研究により、強塩基性水溶液中では、触媒表面に非晶質層が形成され、この非晶質層の形成により、本来物質が有する触媒活性が変化することがわかった。また、非晶質層が薄いほど、もともとの活性を維持する傾向があった。いくつかの構造を検討した結果、四重ペロブスカイト型酸化物は同種イオンを含有する単純ペロブスカイト型酸化物よりも高い安定性と活性を示したが、四重ペロブスカイト型酸化物の多くは高圧下で合成されるため、産業的応用が困難といった問題がある。これに対し本研究では、常圧下で合成できるRu含有四重ペロブスカイト型酸化物をベースに、複数種の金属元素を置換することで、常圧下で合成できる高活性かつ安定な触媒材料の探索を行った。
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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
当初の予定通り、触媒活性を非晶質層の形成と関連させて評価することができており、順調に研究が進展していると考えられる。また、常圧下で合成可能な四重ペロブスカイト型酸化物の組成探査も同時に進めることができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、形成される非晶質層が薄いほど、もともとの活性が維持される傾向があることを明らかにした。一方で、非晶質層の形成によって、触媒活性が向上する場合もあり、今後はこの変化がどのようにもたらされるのかについて検討を進める。また、四重ペロブスカイト型酸化物を中心に、非晶質層が形成されにくい物質の探査とその条件についても引き続き検討を進めていく予定である。
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| Causes of Carryover |
当初想定していた合成ルートに比べ、安価に触媒を合成できるルートを発見したことにより、次年度における応用研究に予算を多く配分し、より効果的かつ効率的に資金を活用して研究を進めることが可能になったため。
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[Journal Article] Synergistic Effect between Fe<sup>4+</sup> and Co<sup>4+</sup> on Oxygen Evolution Reaction Catalysis for CaFe<sub>1-x</sub>Co<sub>x</sub>O<sub>3</sub>2023
Author(s)
Ikuya Yamada, Atsushi Tanaka, Seiji Oda, Yuichi Okazaki, Fumito Toda, Yuta Kato, Yuta Kizawa, Masaya Oshita, Manami Goto, Amane Morimura, Asuka Ochi, Kaoru Toda, Wencong Wang, Hajime Yamamoto, Hidekazu Ikeno, Shunsuke Yagi
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Journal Title
Materials Transactions
Volume: 64
Pages: 2097～2104
DOI
Peer Reviewed
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