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

基本信息

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

项目摘要

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。

该研究项目的目的是开发一种新的材料工艺，在具有三维、三维结构的多孔金属网表面合成非晶硫族化物纳米结构，并阐明参与水分解的活性位点。因此，我们将开辟新材料和材料化学来制造高效的水分解电极。在我们2020财年的研究中，我们通过对水热法合成的(Ni,Co)(OH)2纳米线聚集体进行硫化来合成NiCo2S4纳米线聚集体，并阐明了其基本物理性质。当通过水热法在镍网表面合成的(Ni,Co)(OH) 2 纳米线聚集体通过将其浸入室温的硫化钠水溶液中进行硫化时，通过阴离子交换反应将氢氧化物转化为硫化物。观察到样品变黑，推测这是由于结构变化造成的。此外，通过电子显微镜和拉曼光谱证实，即使在硫化处理后，纳米线结构也得以维持，并且形成了M-S键（M=Ni、Co）。然而，硫化处理引起的这些现象是由于钴离子还原生成金属钴，以及从镍网中洗脱的镍离子与硫化物和氢氧根离子X-之间的反应产物Ni2S3和Ni(OH)。射线衍射测量表明，这是由于2在纳米线表面沉淀所致。由以上结果可知，通过使用硫化钠水溶液在室温下进行硫化处理，不能由(Ni，Co)(OH) 2 纳米线集合体得到NiCo 2 S 4 纳米线集合体。