金属電極表面の原子配列と二酸化炭素還元の触媒活性の相関

• 研究課題/領域番号: 07740562
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物質変換
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 星 永宏 千葉大学, 工学部, 助手 (30238729)
• 研究期間 (年度): 1995
• 研究課題ステータス: 完了 (1995年度)
• 配分額: 800千円 (直接経費: 800千円); 1995年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
• キーワード: 二酸化炭素 / 還元反応 / 白金単結晶 / (111)ステップ / (111)テラス / 反応速度

研究概要

CO_2の還元活性に対する表面原子配列の効果を調べるため、Pt単結晶電極を用いてCO_2還元反応速度の面方位依存性を調べた。(111)テラスと(111)ステップからなる結晶面で、ステップ密度の異なる単結晶面(Pt(110)(1×2),Pt(331),Pt(221),Pt(332),Pt(997),Pt(111))を作成してCO_2還元反応速度を測定した。その結果、CO_2還元反応速度に対して以下のような序列が得られた。
Pt(110)(1×2)> Pt(331)> Pt(221)>Pt(332)>Pt(997)>Pt(111)
一方、ステップ密度の大小関係は、
Pt(331)>Pt(110)(1×2)>Pt(221)>Pt(332)>Pt(997)>Pt(111)
である。Pt(110)(1×2)面以外はステップ密度の大小関係と反応速度の序列は一致した。このことから、(111)ステップの存在がCO_2の還元反応を高活性にしていることが示唆される。他方、Pt(110)(1×2)面はステップ密度がPt(331)より小さいにもかかわらず、最大の活性を示した。
反応速度の電位依存性を調べると、反応活性の高いPt(110),Pt(331),Pt(221)面上のCO_2還元反応速度は0.2Vで極大値を取った。この特異な現象は対称性のよい(111)ステップに吸着した水素の反応活性が極めて高いと仮定することで矛盾なく説明できることを示した。

研究成果

• [文献書誌] N.Hoshi, H Ito, T.Suzuki and Y.Hori: "CO_2 Reduction on Rh Single Crystal Electrodes and the Structural Effect" Journal of Electroanalytical Chemistry. 395. 309-312 (1995)
• [文献書誌] N.Hoshi, T.Mizumura and Y.Hori: "Significant Difference of the Reduction Rates of Carbon Dioxide between Pt(111) and Pt(110) Single Crystal Electrodes" Electrochimica Acta. 40. 883-887 (1995)
• [文献書誌] N.Hoshi, T.Uchida, T.Mizumura and Y.Hori: "Atomic Arrangement Dependence of Reduction Rates of Carbon Dioxide on Iridium Single Crystal Electrodes" Journal of Electroanalytical Chemistry. 381. 261-264 (1995)
• [文献書誌] N.Hoshi, T.Suzuki and Y.Hori: "Step Density Dependence of CO_2 Reduction Rate on Pt(S)-[n(111)×(111)]Single Crystal Electrodes" (掲載予定) (Electrochimica Acta)