酸素還元電極触媒としての銅イオン担持共有結合性有機構造体の開発

负载铜离子的共价有机骨架作为氧还原电催化剂的开发

基本信息

批准号：
16J09552
负责人：
岩瀬和至
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Osaka University (2018)The University of Tokyo (2016-2017)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度で行った研究は、(1)金属担持共有結合性有機構造体からなる高活性な酸素還元反応(ORR)電極触媒の設計指針の提唱、と(2)これまで得られた知見の新規二酸化炭素還元反応(CRR)電極触媒への展開、の二点である。まず、上記(1)について述べる。ORRは、種々の燃料電池のカソード反応として重要であり、安価な非貴金属のみからなる触媒の開発が強く望まれる。近年の第一原理計算による研究からORR中間体の吸着エネルギーの適切な制御がORRの高活性化に重要であることが提唱されている。そこで本研究では、種々の構造、及び金属種を有する金属担持共有結合性有機構造体のモデル構造を設計し、第一原理計算により種々のORR中間体の吸着エネルギーを見積もった。その結果、金属活性中心の配位環境及びその金属種の適切な選択が、ORR中間体の吸着エネルギー、ひいてはORR活性の高活性化に重要であることが明らかになった。次に、(2)に関して述べる。これまで本研究課題遂行者の岩瀬は、金属担持共有結合性有機構造体を用いて、金属中心の配位環境がCRR活性の反応選択性を決める重要な要素であることを実験的に見出してきた。そこで本研究ではこの研究を更に発展させ、この知見を無機炭素材料に展開した。様々な合成条件で金属ドープ炭素材料を合成し、その二酸化炭素還元活性を測定したところ、合成条件の選択による金属活性中心の配位環境及び形態の制御が、CRR活性の制御に重要であることがわかった。この研究は日本学術振興会の若手研究者交流事業(スイス枠)の採用期間中に、スイスのポール・シェラー研究所にて行った。現在合成した触媒のより詳細な構造解析、及び合成した触媒のCRRのメカニズムについての検討を行っている。現在、上述の2つの研究はそれぞれ結果を取りまとめ、学術論文として投稿準備中である。

今年进行的研究是两点：（1）设计指南的提议是由由金属支持的共价有机结构组成的高度活性氧（ORR）电催化剂的提议，以及（2）迄今为止发现为迄今为止获得新颖的发现的发现结果，该发现的发展为新型碳二氧化碳（CRR）电催化剂。首先，将描述上述（1）。 ORR作为各种燃料电池的阴极反应很重要，并且强烈希望开发仅由廉价非贵金属组成的催化剂。使用第一原理计算的最新研究表明，对ORR中间体的吸附能的适当控制对于ORR的高激活很重要。因此，在这项研究中，设计了具有各种结构和金属物种的金属支撑共价有机结构的模型结构，并通过第一原理计算估算了各种ORR中间体的吸附能。结果，已经揭示了金属活性中心的配位环境和金属物种的适当选择对于ORR中间体的吸附能的高激活和ORR活性很重要。接下来，我们将讨论（2）。到目前为止，执行此研究主题的IWase经过实验发现，金属中心的协调环境是使用金属支持的共价有机结构来确定CRR活性反应选择性的重要因素。因此，这项研究得到了进一步开发，并将这一发现开发到无机碳材料中。在各种合成条件下合成了金属掺杂的碳材料，并测量其二氧化碳还原活性，发现通过选择合成条件来控制金属活性中心的配位环境和形态，对于控制CRR活性很重要。这项研究是在日本促进科学的年轻研究人员交流项目（Swiss Slot）的招募期间在瑞士的Paul Scheller研究所进行的。我们目前正在对合成催化剂进行更详细的结构分析，并检查合成催化剂的CRR机制。目前，上面提到的两项研究已经汇编了结果，目前正在准备作为学术论文提交结果。