Strain-managements of oxide catalysts for large scale generation of carbon-free hydrogen
| Project/Area Number |
18H01741
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26050:Material processing and microstructure control-related
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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) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2018: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000)
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| Keywords | 水電解 / 酸素発生反応 / イリジウム酸化物 / ステンレス鋼 / 格子歪み / ナノ構造 / 異相界面 / CO2フリー水素 / 酸化物触媒 / 歪みマネジメント / エピタキシャル成長 / ヘテロ構造 / 電極触媒 / 酸化物 / 歪み制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、異種材料間の界面（酸化物/金属、酸化物/酸化物など）における格子ミスフィットに起因する酸化物触媒材料中の格子歪みなどを利用し、水電解酸素発生反応を高活性化・高耐久化する触媒ナノ構造を新規開発することを目的としている。本年度は主に以下の成果を得た。
（１）固体高分子膜形水電解のアノード触媒として用いられるIr酸化物(IrO2)を対象に、異種酸化物基板へのエピタキシャル薄膜の成長およびその電気化学特性の評価を行った。アークプラズマ蒸着法を用い、蒸着時の酸素分圧および蒸着後の熱処理条件の調整により、チタン酸化物単結晶基板上にIrO2ナノ薄膜をエピタキシャル成長させることに成功した。更に、本試料の電気化学測定が可能であり、高い酸素発生特性を示すことを確認した。また、チタン酸化物以外の単結晶基板上へもIrO2薄膜を形成し、現在構造解析を進めている。
（２）ステンレス鋼基板の電気化学的表面酸化処理により酸化物触媒ナノ構造を形成し、これをアルカリ水電解用アノード電極として応用する研究を行った。各種ステンレス鋼基板に表面処理を施したところ、SUS316が最も高い酸素発生特性を示すことがわかった。更に、表面処理の時間によって活性が徐々に向上する現象を発見した。詳細な構造解析から、これは触媒として働くNiFe水酸化物ナノ構造の組織や組成が電解時間により変化するためであることが明らかになった。本成果を、高活性な酸素発生触媒およびステンレス鋼を酸素発生触媒として応用できる簡便な表面処理法として、論文発表した。
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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
１年目に主に行ったコバルト酸化物/貴金属単結晶基板系に加え、IrO2/異種酸化物単結晶系、酸化物/ステンレス系の実験に取り組んでいる。これらは当初予定していなかったテーマであるが、コバルト酸化物のテーマが計画以上に進展したため、追加で開始した。ステンレス系のテーマは極めて順調に研究が進んでおり、今年度中に論文報告することができた。一方、IrO2のテーマはまだ初期段階のデータが取れた段階であるが、実験を順調に進めていくための目処がたったため、次年度は着実にデータが取れるものと期待される。よって、研究計画全体としては概ね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
IrO2酸化物系については、IrO2層の厚さ・基板面方位・基板種を変更することで、酸素発生反応特性に与える各種構造因子の影響を明らかにする。ステンレス系については、実用環境を見据え、電位負荷変動下における耐久性の評価を行い、その劣化メカニズムの解明を目指す。
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Report
(2 results)
Research Products
(12 results)
