| 研究課題/領域番号 |
20K15042
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
Wang Kehsuan 東京理科大学, 工学部工業化学科, 講師 (30778618)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 電気化学触媒 / 酸素発生反応 / 触媒形状制御 / オペランド観測 / X線吸収微細構造 |
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| 研究実績の概要 |
本課題では、再生可能エネルギーを利用した水電解による水素製造のため、安価で三次元的に機能する高効率水分解触媒の開発を目的に実験を行った。これに向けて、触媒クラスター同士の空間制御を行うべく、研究に着手した。
本年度は、触媒形状の制御に関して、コロイド粒子膜による触媒反応サイトの空間的な分布や配向性を精密に制御するとともに、オペランド観測で触媒反応を直接観測した。その結果、反応サイト・活性種が適切に機能しているかを確認しながら、水分解反応に最適な触媒形状を探索することができた。これまでは、触媒は球状構造を形成するまでポリスチレン粒子の表面に沿って触媒の集積化を行ってきたが、粒子と粒子の接合部の電荷量が粒子壁面より少ないという物性を利用し、触媒膜内のクラスター同士を離すことに成功した。また、これらの球状触媒間の接合部の面積が小さいほど、水分子・反応イオン・生成ガスの拡散が速いという傾向を見出している。一方、大小の異なる粒径を用いた2元系コロイド粒子膜を使用し、多様な構造を有するため、単粒子系には無い様々な形状の酸素生成触媒を作製できることを明らかにしている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、当初の計画通り、接合面積の異なる粒子膜を使用した触媒を調製すると同時に、オペランドXAFS及びATR-IRを組み合わせ、吸着分子・イオンの電子状態の観測によって、水分解反応に最適な触媒形状が判明した。また、2元系コロイド粒子膜を導入することで、高次構造の制御といった形状制御により、三次元的に水分解触媒として機能を持たせることに成功した。そのため、研究がおおむね順調に進展していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度の知見に基づき、触媒クラスター同士の空間制御と触媒を修飾する担体電極基板の三次元化を組み合わせ、固液界面の反応場を著しく増加させることで、三次元的に機能する高効率酸素生成触媒の開発を考えている。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
(1)旅費として計上していたが生じなかったため、および（2）論文投稿費が学内から補助されたためである。繰り越し金は主に物品費として使用する予定である。
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