| 研究課題/領域番号 |
20H02844
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(B)
|
| 配分区分 | 補助金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
|
|---|
| 研究機関 | 山口大学 |
|---|
研究代表者 |
中山 雅晴 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (70274181)
|
|---|
| 研究分担者 |
吉田 真明 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (00582206)
藤井 健太 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (20432883)
隅本 倫徳 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (40414007)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
|
| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2020年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
|
|---|
| キーワード | 海水電解 / 二酸化マンガン / 酸素欠陥 / 酸素発生反応 / 塩化物イオン酸化反応 / 酸素選択性 / 塩素 / マンガン / エレクトロライザー / 塩素フリー / 塩素発生 / 酸素発生 / 水素製造 / コバルト / 積層二酸化マンガン |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
塩素発生反応(CER)は酸素発生反応(OER)よりも速度論的にはるかに有利なため、塩化物イオン存在下での水電解ではCERが優先する。電析法により作製した無垢の積層二酸化マンガンはOERにもCERにも活性を示さないが、熱処理により酸素欠陥を導入すると、OERのみを活性化できることを発見した。これは水素製造のための海水電解において、その対極での塩素生成を抑え、酸素のみを生成するクリーンプロセスの構築が可能であることを意味する。本研究では、積層二酸化マンガンの酸素欠陥構造を操作することにより、海水電解において塩素フリーあるいはその割合を自在に制御しながら酸素を発生する触媒と電解槽を開発する。
|
| 研究成果の概要 |
酸素発生反応(OER)は塩化物イオン酸化反応(COR)よりも熱力学的に有利だが，速度論的に不利である。このため，含塩化物イオン水溶液の電気分解では，酸化塩素種(Cl2など)が優先的に発生する。本研究では，酸素欠陥を有する二酸化マンガンを電極上に薄膜形成させ，NaCl水溶液中で選択的OERを達成した。X線光電子分光法により，200℃で酸素欠陥が形成され始め，それに伴い酸化物中のMnの価数が低下した。また，X線回折とX線吸収微細構造データから，電析時に形成されたNa|MnO2の積層構造が300℃以上で乱れ，酸素欠陥を含むMnOxシートがOERに対する触媒活性と選択性の向上につながったと推察される。
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
水の電気分解による水素製造はCO2を発生しない理想のプロセスであり，電力源に再生可能エネルギーを使えば，間欠性の再エネを水素に変換して貯蔵できる。現在，水電解には真水が必要なため，水電解が大規模導入された場合は，いずれ枯渇という問題に直面する。そこで，本研究では無尽蔵に存在する海水の直接電解によって水素を製造することを目的とした。海水を従来の電極で電解すると，陽極から塩素ガスが発生する。塩素は毒性・腐食性を有するため，水素製造が目的の場合は，塩素の代わりに酸素が発生する方が好ましい。本研究では，酸素欠陥の導入により，単一物質（触媒）の特異な反応選択性によって塩素を出さない海水電解に成功した。
|
