| 研究課題/領域番号 |
21H01661
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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26050:材料加工および組織制御関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
轟 直人 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (10734345)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2021年度: 8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
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| キーワード | 水素 / 水電解 / 酸素発生反応 / 電極触媒 / 界面 / ルテニウム酸化物 / 貴金属酸化物 / 格子歪み / イリジウム酸化物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、水素生成法として普及が期待されている固体高分子型水電解装置の電極材料に用いられる酸素発生触媒について、触媒－担体の二相界面および触媒－担体－電解液の三相界面が触媒活性・耐久性に及ぼす影響を明らかにする。本研究目標の達成により、水電解触媒の省貴金属化に資する界面構造設計指針が確立され、将来的な高性能かつ安価な新規触媒が開発に貢献し、水電解で製造する水素のコストが低減されることが期待される。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、表面・界面構造がよく規定された触媒-担体二相界面および触媒-担体-電解液の三相界面モデル触媒を用い、異相界面が水電解酸素発生触媒特性に及ぼす影響を明らかにすることを目的とした。二相界面モデルでは、SnO2を中間層としてRuO2触媒-TiO2担体モデル間に挿入することにより、構造的・電気的ミスマッチが解消され、触媒活性・耐久性が大幅に向上することが示された。三相界面モデルでは、島状構造の測定箇所によって酸素発生反応活性が著しく異なることを見出した。以上の結果より、異相酸化物の二相・三相界面の構造制御が酸素発生触媒特性の向上に重要であることが示唆された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の遂行により、Ru酸化物触媒と導電性担体間の二相・三相界面を制御することにより酸素発生触媒活性・耐久性を向上するための重要な基礎的知見が得られた。酸素発生触媒は水素社会を実現するためのキーテクノロジーの一つである水電解水素製造装置のボトルネック技術であり、特に既往のIr酸化物触媒代替材料の開発は喫緊の課題である。本研究で研究対象としてRu酸化物はIr酸化物代替触媒の有力候補であり、本研究で得られた界面制御の知見を実用材料に生かすことにより、水電解法による水素製造効率の向上、水素コストの低減が期待される。
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