燃料電池および電解用新電極材料表面のin situキャラクタリゼーション

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03403012
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 橋本 功二 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70005859)
• 研究分担者: 秋山 英二 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (70231834) ; 幅崎 浩樹 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (50208568) ; 川嶋 朝日 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (50005964) ; 浅見 勝彦 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20005929)
• キーワード: 燃料電池 / 電極触媒 / アモルファス合金 / プロパンの酸化 / エチレンの酸化 / 亜硫酸酸化

研究概要

アモルファスニッケル-バルブメタル-白金族合金およびこれに微量の添加元素を加えた合金を用い、エチレンおよびプロパン燃料用電極ならびに亜鉛の電解採取の際の消費電力を低減するためのアノード反応として期待されている亜硫酸ガス酸化用電極としての電極触媒特性について検討した。エチレン酸化電極については新たにガス透過性多孔質電極を作製した。この電極は電解質の温度を80℃まで上げただけで、その活性は室温に比べ約2桁向上し、実用的な電極としての可能性を示した。
プロパンの酸化に有効な白金族としてはエチレンや亜硫酸ガスの場合と異なり、ロジウムであることがわかった。また、プロパンの酸化ではロジウムの一部をルテニウムで置換した場合に、その触媒活性に複合添加の効果が大きく現れた。
亜硫酸ガス酸化特性を比較すると上述したアモルファス合金において白金族元素の単独添加では白金の添加が最高活性を示し、以下イリジウム、ルテニウム、ロジウムの順となった。これらの合金はロジウムの場合を除き、白金黒と同程度かそれ以上の活性を示した。白金と他の白金族元素を複合添加したアモルファスニッケル-ニオブ合金はそれぞれ単独で添加した合金よりも優れた活性を示した。さらにカソード還化処理を行うと活性が向上する。X線光電子分光法を用いてin situ表面キャラクタリゼーションを行った結果、サイクリックボルタンメトリー処理により白金族元素が表面に濃縮し、カソード還元処理を行うと、表面に存在する白金族元素の多くが酸化状態から金属状態へと変化することがわかった。よって、金属状態の白金族元素は亜硫酸酸化に極めて有効であると考えられる。

研究成果

• [文献書誌] Kenichi Takamura: "Amorphous Ni-Nb-Pt alloy catalysts for Electro-oxidation of Ethylene" Mater.Sci.Engng.,印刷中.
• [文献書誌] Asahi Kawashima: "Amorphous Nickel-Valve Metal-Platinum Group Metal Catalysts for Electro-oxidation of Methane and Ethylene" Proc.Symp.Corrosion,Electrochemistry and Catalysis of Metastable Metals and Intermetallics,The Electrochemical Society. 346-356 (1993)
• [文献書誌] Toshiyuki Mori: "Amorphous Alloy Electrodes for Anodic Oxidation of Sulfite" Mater.Sci.Engng.,印刷中.
• [文献書誌] T.Shimada: "The Electrocatalytic Oxidation of Ethylene and Methane, and Reduction of Oxygen on Gas-Diffusion Electrodes made of Amorphous Ni-Valve Metal-Pt Group Metal Alloys" Sci.Rep.Res.Inst.Tohoku University A. 38. 63-75 (1993)
• [文献書誌] N.Kumagai: "The Effects of Sputter-Deposited Ta Intermediate Layer on Durability of IrO_2-Coated Ti Electrodes for Oxygen Evolution" Proc.Symp.Corrosion,Electrochemistry and Catalysis of Metastable Metals and Intermetallics,The Electrochemical Society. 324-333 (1993)
• [文献書誌] Koji Hashimoto: "Corrosion-resistant Amorphous Chromium-Valve Metal Alloys" Proc.of 12th Int.Corrosion Congress. 3A. 1102-1110 (1993)