電極触媒設計原理に関する基礎的研究

1988 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 61470078
• 研究機関: 山梨大学
• 研究代表者: 渡辺 政廣 山梨大学, 工学部, 助教授 (00020412)
• 研究分担者: 柴田 正実 山梨大学, 工学部, 助手 (40115316) ; 古屋 長一 山梨大学, 工学部, 助教授 (70020485)
• キーワード: 半導体電極 / 炭酸ガス / ad-atom金属電極 / フタロシアニンガス拡散電極 / 単結晶 / メタノールギ酸 / エタノール / 酸化反応還元反応

研究概要

1.半導体電極、金属電極及び金属フタロシアニン触媒担持ガス電極上でのCO_2還元に対するadーatom効果
(1)P型半導体GaP及びSiを用い、スパッタリング法により金属被覆率θ_M=0.25〜2原子層の範囲のPt、Pd、Ni、Cu等のad-atomを析出させ、光電気化学的CO_2還元反応を調べた。その結果Pt、Pdを析出させた場合、H_2、HCOOHの他、特に新たにCH_3OHの生成が認められ、θ_M〓0.5でその生成効率が極大(約13%)を示し、還元電圧も約1V近く低減でき、ad-atomによる吸着水素の接触還元機構により、還元選択性及び効率向上が可能なことが分かった。
(2)各種金属による低温でのCO_2還元機構を調べ、特別な金属上でのみ、還元生成物が得られるものでないこと、しかし金属により選択性があること、及び低温での還元は常温のそれと全く別の生成物を与え得ることが分かった。これらの金属と他の金属のad-atomまたは合金化により、他の生成物分布に大きな変化が現れることが分かった。
(3)ガス拡散電極を用いると高電流密度電解が可能で、フタロシアニン中心金属の種類により、反応選択性が著しいことが分かった。
2.白金単結晶上でのCH_3OH、HCHO、HCOOHの酸化活性と耐被毒性
(1)48コの高指数面上での活性序列マップを作製できた。メタノール及びホルマリン酸化では(332)面が最大活性を示し(111)、(110)、(100)方向に除々に活性は低下する。耐被毒性は(321)面付近が最大であった。
(2)ギ酸酸化では、キンク構造をもつ(1298)面付近が最大活性を示し、(100)テラスと(111)ステップで構成される(100)、(1711)、(911)面の活性が低い。
3.エタノール酸化における素反応へのad-atom効果
反応がC_2H_5OH→CH_3CHO→CH_3COOHまで段階的に進み、酸素吸着性ad-atom特にSnは第一、第二段とも促進し、非酸素吸着性ad-atomは、第二段が促進されても、第一段が抑制され全反応が抑制されることが分かった。

研究成果

• [文献書誌] M.Watanabe: J.Electroanal.Chem.240. 313-319 (1988)
• [文献書誌] M.Watanabe: J.Electroanal.Chem.250. 117-125 (1988)
• [文献書誌] M.Watanabe: Chemistry Letters. No.9. 1487-1490 (1988)
• [文献書誌] M.Watanabe: J.Electrchem.Soc.,Proceeding Vol.88ー14. 194-204 (1988)
• [文献書誌] M.Watanabe: J.Electroanal.Chem.(1989)
• [文献書誌] 渡辺政廣: 日本化学会誌. No.8. 1308-1317 (1988)
• [文献書誌] M.Watanabe: Dennki Kagaku. (1989)
• [文献書誌] M.Watanabe: Dennki Kagaku. (1989)
• [文献書誌] M.Azuma: J.Electroanal.Chem.(1989)
• [文献書誌] 渡辺政廣: 表面. 12. 899-903 (1988)
• [文献書誌] N.Furuya: J.Electroanal.Chem.239. 247-260 (1988)
• [文献書誌] 古屋長一: 電気化学. 56. 166-170 (1988)
• [文献書誌] 古屋長一: 電気化学. 56. 631-634 (1988)
• [文献書誌] 古屋長一: 電気化学. 56. 765-769 (1988)
• [文献書誌] 古屋長一: 電気化学. 56. 288-289 (1988)
• [文献書誌] 古屋長一: 電気化学. 56. 980-984 (1988)
• [文献書誌] 古屋長一: 電気化学. 56. 994-997 (1988)
• [文献書誌] 古屋長一: 電気化学. 56. 1002-1005 (1988)
• [文献書誌] M.Shibata: J.Electroanal.Chem.249. 253 (1988)
• [文献書誌] M.Shibata: J.Electroanal.Chem.250. 201-206 (1988)
• [文献書誌] 柴田正実: 電気化学. 56. 774-448 (1988)
• [文献書誌] 柴田正実: 電気化学. 57. 86-90 (1989)
• [文献書誌] M.Shibata: J.Electroanal.Chem.(1989)