Activity enhancement of water splitting electrocatalysts by tuning the anisotropic strains using rutile heterostructures

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19078
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Todoroki Naoto 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (10734345)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: 水素 / 水電解 / 酸素発生反応 / 電極触媒 / 異方歪み

Outline of Final Research Achievements

In this study, epitaxially grown oxide heterostructures（RuO2/XO2/TiO2(110); X = Ir, Sn） were used as model catalysts to clarify the effect of anisotropic strain on the catalytic properties for water electrolytic oxygen evolution. The insertion of SnO2 as an intermediate layer in RuO2/TiO2(110) alleviated the structural and electrical mismatch between the RuO2 catalyst and TiO2 support, resulting in a significant improvement in both catalytic activity and durability. These results indicate that it is possible to modulate the oxygen evolution catalytic properties by appropriately controlling the anisotropic strain applied to the RuO2 catalyst.

Free Research Field

電極触媒、水電解、表面科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の遂行により、異相酸化物とRu酸化物触媒の格子ミスマッチに起因して印加される異方歪みを制御することにより酸素発生触媒活性・耐久性を向上するための重要な基礎的知見が得られた。酸素発生触媒は固体高分子型水電解水素製造装置のボトルネック技術であり、既往のIr酸化物触媒の代替材料開発は重要な課題である。本研究で研究対象としたRu酸化物はIr酸化物代替触媒の有力候補であり、本研究で得られた異方歪み制御の知見を実用材料に生かすことにより、水電解法による水素製造効率の向上、水素コストの低減が期待される。