| 研究課題/領域番号 |
20H02831
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 北見工業大学 |
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研究代表者 |
平井 慈人 北見工業大学, 工学部, 准教授 (80756669)
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| 研究分担者 |
八木 俊介 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (60452273)
大野 智也 北見工業大学, 工学部, 教授 (90397365)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2020年度: 14,430千円 (直接経費: 11,100千円、間接経費: 3,330千円)
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| キーワード | 酸素発生反応 / 酸性電解液 / 二元機能 / 表面構造 / 高活性 / 高耐久性 / 溶出 / イリジウム / 酸素発生触媒 / 金属－絶縁体転移 / 電子相関 / 金属空気電池 / イリジウム複合酸化物 / ペロブスカイト関連構造 / 水分解 / 金属ー絶縁体転移 / 複合酸化物 / 電子構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の概要は、「今までになく、活性が高く安定性も高い酸素発生触媒」の開発である。酸素発生触媒は水の電気分解や金属空気二次電池の実用化には不可欠だが、より活性と安定性の高い触媒を開発するとともに、複雑な反応機構を明らかにするのが課題である。Ru複合酸化物が金属－絶縁体転移の近傍にある場合は、ルテニウム(Ru)の電子間に働く強い相互作用によって、触媒の安定性が強化されるだけでなく活性も急激に増強されるという知見が得られている。この考え方を発展させて、「優れた初期活性と安定性を兼備するイリジウム(Ir)複合酸化物」の化学組成を制御し、「今までになく、活性が高く安定性も高い酸素発生触媒」を開発する。
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| 研究成果の概要 |
当初の研究目標である、「優れた初期活性と安定性を兼備した酸素発生触媒の開発」と、そのベースとなる反応機構の解明に成功した。これは、Irよりも溶けやすいMnでBaIrO3のIrを置換することで、酸素発生反応(OER)中にIrが僅かに溶出しやすくなり、最表面の化学組成を保てるようになって、BaIr1-xMnxO3本来のOERに対して安定な結晶構造が多数サイクル後の表面構造でも反映されるためである。
本研究で開発したBaIr1-xMnxO3は、酸性条件下のOERに対して高活性と高耐久性を兼ね備えているため、エネルギー変換分野の電極として実用化できるOER触媒の開発に成功した意義深い成果と言える。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
水の電気分解セルや金属空気二次電池の電極に搭載できるレベルの酸素発生(OER)触媒を開発できれば、水素燃料の製造や電気自動車の実用化につながる。しかし、そのためには高い初期活性とともに、高い安定性をもった触媒が必須であるが、多数サイクルのOERで触媒表面の組成が変化してしまい、OERに対して安定な表面構造が保てず、最終的には安定性が低下するという長年の課題が存在した。
本研究ではBaIrO3のIrサイトをMnで置換することで、この難題の解決に成功しただけでなく、そのベースとなる反応機構を解明したため、電気化学の発展とともに、水素燃料の製造や電気自動車の実用化に直結した成果が得られたと言える。
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