Development of electrodeposition technique of iridium oxide having both high activity and durability for oxygen evolution reaction

开发兼具高活性和耐析氧反应耐久性的氧化铱电沉积技术

基本信息

批准号：
20K05157
负责人：
今林慎一郎
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Shibaura Institute of Technology
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

项目摘要

酸化イリジウムは酸素発生反応（OER）の良い触媒であるため、電解用陽極、水電解による水素製造などへの利用が期待される。本研究は優れたOER活性と耐性を兼備する水和型酸化イリジウム（IrOx）膜を厚膜形成にも十分な速度で形成できる電析方法の開発を目標としている。〔課題１〕電析液組成と電析膜の熱処理条件を液安定性、電析特性、OER活性と耐性などの実用性の点から最適化している。建浴後数ヶ月で電析速度の低下が始まる電析液安定性の問題があった。シュウ酸やIr源であるIrCl4の濃度を調整することで、電析の速度や電流効率を大きく損なわずに安定性を向上できることを明らかにした。また、電位を規制することが2つの副反応を抑えて効率良く電析するために有用であることがわかり、定電流よりも液撹拌を伴う定電位電析が有効であることを実証した。〔課題２〕電析の活性種や反応、水和型IrOxのOER耐性の支配因子など電析法の学術的、基礎的な理解を進めている。液撹拌条件における電析反応の電流効率が電析電位によって決まり、約0.47 Vまでは副反応(2)のみが起こる(効率0％)が、これ以上では電析が起こるようになり、0.6 Vでは電流効率80 %になることがわかった。副反応(1)は0.62 V以上で起こり、電位が高いほど電析の電流効率が低下するため、0.6 V前後の定電位で電析することが副反応の寄与を減らすことに有効である。電析IrOx膜のOER耐性試験中の膜厚減少は、低電流密度で起こる初期減少と高電流密度で起こる後期減少があることがわかった。〔課題３〕電極の多孔化によるOER過電圧の低減を期待して、空孔率が異なる多孔Ti表面に本電析方法によってIrOxを電析した多孔IrOx電極を作製した。電解液フロー条件の多孔電極のOER電流はIrOx/ Ti平板より大きく、空孔率によって異なることがわかった。

氧化铱是析氧反应（OER）的良好催化剂，因此有望用作电解阳极以及通过水电解制氢。本研究的目标是开发一种电沉积方法，能够以足以形成厚膜的速度形成具有优异 OER 活性和电阻的水合氧化铱 (IrOx) 薄膜。 [课题1]从溶液稳定性、电沉积特性、OER活性、耐性等实用性的观点出发，对电沉积液的组成和沉积膜的热处理条件进行优化。电解液的稳定性存在问题，电解槽制备几个月后电沉积速率开始下降。结果表明，通过调整草酸和Ir源IrCl4的浓度，可以在不显着损害电沉积速度或电流效率的情况下提高稳定性。我们还发现，调节电位有助于抑制两种副反应并实现有效的电沉积，并证明在液体搅拌下的恒电位电沉积比恒电流更有效。 [主题2]我们正在推进对电沉积方法的学术和基本理解，包括电沉积的活性物质和反应，以及控制水合IrOx耐OER的因素。液体搅拌条件下电沉积反应的电流效率由电沉积电位决定，达到约0.47 V时，仅发生副反应（2）（效率为0%），但在此之上，电沉积开始发生，在0.6 V时，仅发生副反应（2）。 V 发现电流效率为80%。副反应(1)在0.62 V以上发生，电势越高，电沉积的电流效率越低，因此在0.6 V左右的恒定电势电沉积可有效减少副反应的贡献。研究发现，在 OER 电阻测试过程中，沉积的 IrOx 薄膜的厚度减少包括低电流密度下发生的初始减少和高电流密度下发生的后期减少。 [问题3] 为了通过使电极多孔化来降低OER过电压，我们利用这种电沉积方法在不同孔隙率的多孔Ti表面上电沉积IrOx，制备了多孔IrOx电极。结果发现，在电解质流动条件下，多孔电极的OER电流大于IrOx/Ti平板的OER电流，并且根据孔隙率而变化。