Mutil-phase interfacial design for developing low noble metal water electrolysis catalysts

开发低贵金属水电解催化剂的多相界面设计

• 批准号: 21H01661
• 负责人: 轟 直人
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01661/
• 关键词: 水電解; 酸素発生反応; 貴金属酸化物; 電極触媒; 界面; ルテニウム酸化物; 格子歪み; イリジウム酸化物

本年度は、RuO2/TiO2触媒の水電解酸素発生反応における触媒-担体-電解液三相界面の影響を評価するために、Nb:TiO2単結晶基板上に島状RuO2触媒が堆積したモデル触媒を用いた研究を行なった。RuO2触媒はアークプラズマ蒸着法を用いて作製し、原子間力顕微鏡(AFM)により基板の面方位に対応してRuO2が単結晶の島状構造を有していることを確認した。触媒特性評価は走査型電気化学顕微鏡(SECM)を用いて行なった。SECMにより作製したモデル触媒の形状像および酸素発生反応活性に起因する電流像を得ることに成功した。更に、島状構造の測定箇所によって酸素発生反応活性が著しく異なることを見出した。この違いを考察するため、走査型電子顕微鏡を用い、触媒表面よおび触媒/酸化物担体界面のミクロ構造解析を行なった。その結果、RuO2触媒が一部TiO2基板と固溶している箇所が確認された。興味深いことに、基板方向への固溶の深さが場所に大きく依存しており、ステップ-キンクなどのTiO2基板の表面欠陥が固溶度に影響していることが示唆された。SECMで観測された測定箇所によって異なる活性はRuO2のTiO2基板への固溶度の違いに起因すると考えられる。本年度の結果からは、本来想定していた触媒-担体-電荷液三相界面の影響を評価することができなかったが、偶発的に異相酸化物間の固溶とそれに応じた触媒活性の違いを明らかにすることができた。

在今年，我们使用模型催化剂进行了研究，其中将类似岛状的RUO2催化剂沉积在NB：TIO2单晶底物上，以评估催化剂 - 支持 - 甲基三相界面对Ruo2/Tio2制度蛋白的水 - 电溶性氧反应的影响。使用电弧等离子体沉积制备RUO2催化剂，原子力显微镜（AFM）证实RUO2根据底物的平面方向具有单晶岛状结构。使用扫描电化学显微镜（SECM）进行催化表征。由于产生氧反应活性，我们成功地获得了由SECM制备的模型催化剂的形状图像和当前图像。此外，发现产生氧的反应活性取决于岛状结构的位置。为了检查这种差异，使用扫描电子显微镜对催化剂表面和催化剂/氧化物支撑界面进行了微观结构分析。结果，已经确认RUO2催化剂与TiO2底物部分溶解。有趣的是，底物方向上固体溶解度的深度高度取决于位置，这表明TIO2底物（如Step-Kink）（例如，旋转）中的表面缺陷会影响固体溶解度。根据在SECM中观察到的测量位置不同的活动被认为是由于TiO2底物中RUO2的固体溶解度差异所致。今年的结果无法评估催化剂 - 支持 - 荷格 - 液体三相界面的影响，该界面最初是预见的，但有可能意外阐明异噬氧化物和相应的催化活性之间实心溶液的差异。

项目成果

Electrochemical Stability of Stainless Steels-Made Alkaline Water Electrolysis Anodes Under Potential Cycle Loadings

潜在循环负载下不锈钢制碱性水电解阳极的电化学稳定性

• 发表时间: 2021
• 作者: Naoto Todoroki;Shinomiya Arata;Toshimasa Wadayama
• 通讯作者: Toshimasa Wadayama

RuO2/MO2/TiO2(110)(M=Sn, Ir)積層構造の酸素発生反応活性

RuO2/MO2/TiO2(110)(M=Sn,Ir)叠层结构的析氧反应活性

• 发表时间: 2022
• 作者: 轟 直人;工藤 龍太郎;林 謙汰;横井 瑞穂;和田山 智正
• 通讯作者: 和田山 智正

ナノ構造触媒層を形成したステンレス鋼電極の水電解酸素発生特性

纳米结构催化剂层不锈钢电极水电解产氧特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 堀内涼太郎;岩本知広;濱田賢祐;轟 直人
• 通讯作者: 轟 直人

単結晶薄膜電極を用いた高機能電極触媒表面構造の探索

利用单晶薄膜电极寻找高性能电催化剂表面结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 菅原優;加藤優;轟直人
• 通讯作者: 轟直人

ステンレス鋼電極の水電解酸素発生特性に及ぼす鋼種の影響

钢种对不锈钢电极水电解产氧特性的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 轟 直人;四之宮 新;和田山 智正
• 通讯作者: 和田山 智正