2018 Fiscal Year Research-status Report

Function of Nano/amorphous Hybrid Catalyst with Low Oxygen Overpotential

Research Project

Project/Area Number	17K06869
Research Institution	Doshisha University
Principal Investigator	川口健次同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (40744769)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	ナノ／アモルファスハイブリッド酸化物 / 電気化学触媒 / 酸素発生反応 / 電解プロセス / 省エネルギー
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、消費電力の削減が課題である工業電解プロセスの省エネルギー化を可能とする低酸素過電圧を特徴とした「ナノ／アモルファスハイブリッド触媒」を取り上げ、この電気化学触媒の水溶液からの酸素発生反応に対する触媒活性の発現機構を明らかにすることを目的としている。この触媒は、水溶液からの酸素発生に対して高い触媒活性を持つナノサイズの酸化物粒子（二酸化イリジウム：IrO2や二酸化ルテニウム：RuO2）が全く酸素発生に対して活性を示さないアモルファス（非晶質）の酸化物マトリックス（五酸化二タンタル：Ta2O5）中に高分散したハイブリッド構造である。この構造とすることにより、水溶液からの酸素発生に対する過電圧（酸素過電圧）の大幅な低減、すなわち電解プロセスにおける消費電力の大幅な削減が可能となる。当該年度は、作製した電極（平均粒径が約5 nm～約20 nmの範囲で異なる4種類のRuO2触媒層）の電気化学測定から、RuO2粒子のナノメートルオーダーでのサイズの違いが酸素発生反応の触媒活性に及ぼす影響について検討した結果、以下の成果を得た。・触媒層中のRuO2粒子が平均粒径で21.2 nmから5.6 nmと変化することで、酸素発生に対する反応表面積が大きくなるだけでなく、電荷移動抵抗が小さくなることが示唆された。すなわち、酸素発生反応の物質移動過程および電荷移動過程のどちらにも影響することにより酸素発生過電圧が低下することが明らかとなった。今後は、RuO2-Ta2O5触媒層についてRuO2粒子のナノメートルオーダーでのサイズの違いが酸素発生反応の触媒活性に及ぼす影響を明らかにすることが十分期待できる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当該年度は、RuO2触媒層について、触媒層中のRuO2粒子のナノメートルオーダーでのサイズの違いが酸素発生反応の触媒活性に及ぼす影響を明らかにすることを当初の研究計画としており、予定通りの進捗である。
Strategy for Future Research Activity	次年度は、RuO2-Ta2O5触媒層について、触媒層中のRuO2粒子サイズが異なる電極を用いて電気化学測定を行い、RuO2粒子サイズの違いが酸素発生反応の物質移動過程および電荷移動過程に及ぼす影響について研究する予定である。
Causes of Carryover	試薬・金属材料など消耗品の年度末での購入を控えたため次年度使用が生じた。次年度は、試薬・金属材料など消耗品の購入、国内学会・国際学会での研究成果発表の旅費・参加費、学術誌への論文投稿費用としての使用などを予定している。