液相原子層堆積法に立脚した低温・低環境負荷セラミックスコーティング技術の開発

基于液相原子层沉积法的低温、低环境影响陶瓷涂层技术开发

基本信息

批准号：
20J11961
负责人：
谷口有沙子
金额：
$ 1.09万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

二年目は、次の2テーマを中心に研究を進めた。研究1：交互積層法によるNi(OH)2/FeOOHナノヘテロ構造の構築と触媒活性の制御研究1では、シンプルな交互積層法を用いて優れた酸素生成触媒活性を示すNi(OH)2/FeOOHナノヘテロ構造体の作製を行った。本手法では、まず親水化処理を施した基板を75℃に加熱した原料溶液に10秒間浸漬することで、基板表面に金属イオンを吸着させた。続いて、水洗後、75℃に加熱したKOH溶液に10秒間浸漬することで、吸着金属イオンとOH-との反応により水酸化物層を析出させた。以上を1サイクルとして、サイクル毎にNi, Fe溶液を任意に選択し、膜中のNi(OH)2層、FeOOH層の積層構造を制御することで、大幅な触媒活性の増強が見られた。また、Fe2+溶液を用いて製膜することが高触媒活性を得るために重要な要因であることを明らかにした。研究2：電気化学堆積法によるNi(OH)2/FeOOHヘテロ積層膜の作製と酸素生成触媒への応用研究2では、Ni(OH)2とFeOOHからなるヘテロ構造体の作製手法として、電気化学堆積法（ED法）に着目した。本手法は、一般に導電性基板上に金属水酸化物層を簡便、迅速かつ大面積に堆積することができる。ここでは、2段階のED法を用いて、触媒活性増強効果を有するNi(OH)2/FeOOH二層触媒の作製を試みた。FTO基板を負極、ステンレス板を正極としてFe溶液中で3 V定電圧を印加することにより、FTO基板上に水酸化鉄層を堆積した。続いて、Ni溶液中で同様の電析処理を行うことで、水酸化鉄層上に水酸化ニッケル層を堆積した。FeOOH層がNi(OH)2層によって完全に被覆された場合、最も高い触媒活性を得た。本研究で作製した触媒は、最先端のNi(OH)2/FeOOH触媒が示す値と同等以上の低過電圧、高耐久性を示した。

第二年，研究集中在以下两个主题。研究1：通过层层法构建Ni(OH)2/FeOOH纳米异质结构并控制催化活性在研究1中，Ni(OH)2/FeOOH通过简单的层层法表现出优异的产氧催化活性。我们制备了纳米异质结构。在该方法中，首先，将亲水化处理后的基板在加热至75℃的原料溶液中浸渍10秒，使金属离子吸附于基板表面。随后，用水洗涤后，将样品浸入加热至75℃的KOH溶液中10秒，由于吸附的金属离子与OH-之间的反应而沉淀出氢氧化物层。将上述视为一个循环，通过为每个循环任意选择Ni和Fe溶液并控制膜中Ni(OH)2层和FeOOH层的层状结构，观察到催化活性显着增加。研究还表明，使用 Fe2+ 溶液成膜是获得高催化活性的重要因素。研究二：电化学沉积法制备Ni(OH)2/FeOOH异质层薄膜及其在制氧催化剂中的应用研究二、电化学我们重点研究了沉积法（ED法）。该方法通常允许金属氢氧化物层容易、快速且大面积地沉积在导电基底上。在这里，我们尝试使用两步ED方法制备具有增强催化活性效果的Ni(OH)2/FeOOH两层催化剂。以FTO基板为负极、不锈钢板为正极，在Fe溶液中施加3 V恒压，在FTO基板上沉积氢氧化铁层。随后，通过在Ni溶液中进行相同的电沉积处理，在氢氧化铁层上沉积氢氧化镍层。当FeOOH层完全被Ni(OH)2层覆盖时，获得最高的催化活性。本研究中制造的催化剂表现出低过电势和高耐久性，相当于或高于最先进的 Ni(OH)2/FeOOH 催化剂。