| 研究領域 | 機能コアの材料科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05180
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
八木 俊介 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (60452273)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2020年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
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| キーワード | 電気化学触媒 / 酸素発生反応 / 四重ペロブスカイト型酸化物 / 非晶質層 / 過電圧 / グルコース燃料電池 / 触媒活性制御 / 酸素欠損 / 金属空気電池 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
酸素の電気化学反応は水の電気分解、電解採取プロセスのアノード反応、金属空気電池などに関わる非常に重要な反応である。本研究では、酸素の電気化学反応を促進させる触媒材料の研究を行い、省エネルギー化および副反応と電極消耗の抑制を目指す。特に、酸化物触媒中における酸素欠損量と、酸素の電気化学反応に対する触媒活性の本質的な関係を明らかにし、酸素欠損量を能動的に制御することにより、触媒活性の大幅な向上を試みる。さらに開発した電気化学触媒を、金属空気電池などのエネルギー変換デバイスへと応用する。
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| 研究実績の概要 |
酸素の電気化学反応は水の電気分解、電解採取プロセスのアノード反応、金属空気電池などに関わる非常に重要な反応である。酸素の電気化学反応を現実的な速度で進行させるためには、熱力学的に必要と算出される電圧の印加だけでは足りず、活性化エネルギーに相当する余分な電圧（過電圧）の印加が必要となり、これが副反応の進行や莫大なエネルギー損失、電極の消耗などの重大な問題の原因となっている。
本年度は、電気化学析出法によって、コバルト酸化物触媒の前駆体を電極表面に直接形成する手法を開発し、基板表面にあらかじめVS2層を形成するか否かによって、最終的に得られるコバルト酸化物触媒の結晶性を制御できることを明らかにした。VS2層を形成しない場合、Ar雰囲気下における300℃、3時間の熱処理によって、結晶性のスピネル型酸化物Co3O4が得られるが、VS2層を形成した場合、これが還元剤となって、異なる酸化数を有する非晶質複合Co酸化物が形成された。この非晶質複合Co酸化物は、スピネル型酸化物Co3O4よりも安定で、結果として物質が本来有する酸素発生触媒活性の発現が長期間にわたって可能であった。以上より、結晶粒界の無い非晶質Co酸化物の優位性が示されたと同時に、スピネル型Co酸化物の溶解が、結晶粒界から進行することが示唆された。
上記の他にも、本研究から派生したグルコース燃料電池用Pt触媒の反応機構や、マグネシウム電池用正極活物質の電解液酸化分解反応に対する触媒活性制御に関する学術論文を発表した。さらに現在、酸性・中性水溶液中でも安定な四重ペロブスカイト型酸化物触媒に関する研究成果をまとめた論文を投稿中である。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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