| 研究課題/領域番号 |
22K19078
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分36:無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野
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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) |
2022-06-30 – 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 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
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| キーワード | 水素 / 水電解 / 酸素発生反応 / 電極触媒 / 異方歪み / 貴金属酸化物 / イリジウム酸化物 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
グリーン水素の製造法の１つとして普及が期待されている固体高分子形水電解(PEMWE)のアノード用触媒としてIr酸化物(IrO2)が多量使われている。Irは極めて希少かつ高価な元素であるため、PEMWEの普及に向けIr酸化物触媒の大幅な使用量低減が求められている。本研究では、IrO2触媒の反応活性に影響し得る構造因子として「異方歪み」に着目し、その機能を明らかにすることを目的とする。ルチル型構造を有する酸化物の単結晶ヘテロ構造モデル触媒を真空蒸着法により作製し、ヘテロ構造の酸化物種・膜厚を制御因子としてIrO2層に与える異方歪み量を変調し、IrO2のOER活性に対する異方歪みの影響を議論する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、エピタキシャル成長した酸化物ヘテロ構造（RuO2/XO2/TiO2(110); X = Ir, Sn）をモデル触媒として用い、異方歪み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。RuO2/TiO2(110)に対し、SnO2を中間層として挿入することにより、RuO2触媒とTiO2担体間の構造的・電気的ミスマッチが緩和され、触媒活性・耐久性ともに大幅に向上した。以上の結果より、RuO2触媒に加わる異方歪みを適切に制御することにより、酸素発生触媒特性の変調が可能であることが示された。
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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、異相酸化物とRu酸化物触媒の格子ミスマッチに起因して印加される異方歪み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。酸素発生触媒は固体高分子型水電解水素製造装置のボトルネック技術であり、既往のIr酸化物触媒の代替材料開発は重要な課題である。本研究で研究対象としたRu酸化物はIr酸化物代替触媒の有力候補であり、本研究で得られた異方歪み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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