2019 Fiscal Year Annual Research Report
TERS analysis of electrochemical catalysis for water electrolysis
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17K05969
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
原 正則 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40457825)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 水電解 / 酸化イリジウム / グラフェン / その場観察 / 電気化学AFM / チップ増強ラマン分光法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、高活性な水電解触媒、特に酸素発生反応(OER)のアノード触媒の開発に向けた触媒のナノ構造解析を目的とした研究であり、測定用の高活性水電解触媒の開発と水溶液中におけるプローブ顕微鏡測定とラマン分光測定を組み合わせたチップ増強ラマン分光測定の開発を目的とした研究課題である。
本研究において、OER用のアノード触媒の開発では、担体にナノ炭素材料（グラフェンやカーボンナノチューブ等）を用いることで触媒粒子である酸化イリジウム（IrO2)のナノ粒子化に成功した比表面積の高い触媒などと共に、担体に異種元素（窒素およびホウ素）をドープしたグラフェンを用いることにより、異種元素をドープしていない触媒に比べて比活性が向上し、さらに質量活性を向上できることを明らかとした。
一方で、合成した触媒はバルクの粉末状であるため、プローブ顕微鏡（原子間力顕微鏡：AFM）測定用の電極作製においては、触媒が測定基板上で凝集するために均一に分散させて担持することが難しく、そのまま計測することは出来ない。そこで本研究では、化学気相成長（CVD）法を用いて作製したグラフェンをモデル電極の担体として用い、紫外光を用いて発生させたオゾンを用いてグラフェンへの欠陥を導入したCVDグラフェン上にIrO2ナノ粒子を水熱合成法により分散担持させたモデル電極の作製を行った。作製したモデル電極は、粒子サイズは通常の担体を用いる場合に比べて2倍程度となった。
これらの合成した電極材を用いて、溶液中でチップ増強ラマン分光法を行うことを目的として、まず溶液中のAFM測定を行い、コンタクトモードおよびタッピングモードでの表面形状の計測を行った。またラマン分光測定による電位制御環境下での分光測定の作動を確認した。しかしながら、溶液中でのチップ増強ラマン分光測定については、ラマンシグナルの検出には至らなかった。
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