2019 Fiscal Year Annual Research Report
Function of Nano/amorphous Hybrid Catalyst with Low Oxygen Overpotential
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17K06869
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
川口 健次 同志社大学, 研究開発推進機構, 准教授 (40744769)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| 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 |
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| 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、RuO2-Ta2O5触媒層について、触媒層中のRuO2粒子のサイズがナノオーダーで異なる電極を用いて電気化学測定を行い、RuO2粒子サイズのナノオーダーで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した結果、以下の成果を得た。
・RuO2-Ta2O5触媒層において、平坦部のRuO2粒子が幅20～50 nmから幅10 nm以下にまで小さくなることで酸素発生に対する反応表面積が大きくなり、また、電荷移動抵抗が小さくなることが明らかとなった。すなわち、RuO2粒子サイズのナノオーダーで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。
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