三次元立体・多孔質構造を有するカルコゲナイド系水素発生電極の創製と活性点解明

具有三维多孔结构的硫属化物基产氢电极的创建及活性位点的阐明

• 批准号: 20K05698
• 负责人: 北沢 信章
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05698/
• 关键词: 水熱合成法; 硫化処理; アニオン交換法; ナノワイヤー集合体; 酸化物ナノワイヤー; 水分解触媒; ナノ構造水酸化物; 非晶質カルコゲナイド; 二段階水熱法; 三次元立体・多孔質構造; 水熱合成法; 硫化処理; アニオン交換法; ナノワイヤー集合体; 酸化物ナノワイヤー; 水分解触媒; ナノ構造水酸化物; 非晶質カルコゲナイド; 二段階水熱法; 三次元立体・多孔質構造

本研究課題の目的は、三次元・立体構造を有する多孔質金属メッシュ表面に非晶質カルコゲナイドナノ構造体を合成するための新規な材料プロセスを開発し、水分解に関与する活性点を明らかにすることによって、高効率水分解電極を創製するための新しい物質・材料化学を切り開くことである。令和４年度の研究では、水熱法によって合成された(Ni,Co)(OH)2ナノワイヤー集合体を硫化処理することによってNiCo2S4ナノワイヤー集合体を合成し、それらの基礎物性を明らかにすることを目的とした。水熱法によってニッケルメッシュ表面上に合成された(Ni,Co)(OH)2ナノワイヤー集合体を硫化ナトリウム水溶液に浸漬する硫化処理を常温で行うと、アニオン交換反応により水酸化物から硫化物へ構造変化が生じたと推察される試料の黒化が認められた。さらに、硫化処理によってもナノワイヤー構造を保持していること、M-S結合(M = Ni,Co)が形成されていることが電子顕微鏡観察およびラマン分光測定から認められた。しかしながら、硫化処理によるこれらの現象は、コバルトイオンの還元による金属コバルト生成、および、ニッケルメッシュから溶出したニッケルイオンと硫化物イオンおよび水酸化物イオンとの反応生成物であるNi2S3、Ni(OH)2のナノワイヤー表面への析出によるものであることがX線回折測定から明らかとなった。以上の結果から、硫化ナトリウム水溶液を用いた常温での硫化処理では(Ni,Co)(OH)2ナノワイヤー集合体からNiCo2S4ナノワイヤー集合体が得られない結果となってしまった。

该研究主题的目的是开发一种新的材料过程，以在多孔金属网格表面上合成具有三维，三维结构的多孔金属网格表面上的无定形墨西哥盐纳米结构，并发现水分分解所涉及的活跃点，从而打开了新的材料和材料化学性质，以创建高效的水分解电极。该研究在2022年的目的是通过硫化（Ni，Co）（OH）2纳米线组件合成NICO2S4纳米线组件，并通过热液方法合成，并阐明这些基本特性。当（Ni，Co）（OH）2纳米线组件通过热液方法在镍网格表面合成，将其浸入室温下的硫化钠水溶液中时，该样品被黑，据估计，该样品会因盐源交换后的硫化物反应而经历了从硫化物的结构变化。此外，从电子显微镜观察和拉曼光谱中观察到，即使通过硫化处理也保留了纳米线结构，并形成了M-S键（M = Ni，CO）。然而，X射线衍射测量结果表明，硫化处理引起的这些现象是由于钴离子的减少以及Ni2s3和Ni（OH）2的沉淀而导致的金属钴引起的，这是由硫化物离子和羟基离子离子从镍网元素中镀出镍离子的镍离子的反应产物。从以上结果来看，使用硫化钠水溶液在室温下硫酸盐处理时，未从（Ni，Co）（OH）2纳米线组件获得NICO2S4纳米线组件。