多元固溶体合金電極触媒を用いた酸素還元反応メカニズムの解明

利用多元固溶体合金电极催化剂阐明氧还原反应机理

• 批准号: 22K05192
• 负责人: 原田 雅史
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nara Women's University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05192/
• 关键词: 電極触媒; ナノ粒子; 酸化物ナノ粒子; 酸素還元反応; 酸素発生反応; 固溶体合金

有機分子配位子で保護された二元合金ナノ粒子の高温液相合成を行い、TEM, STEM-EDS, XRD, XPS, XAFS測定等を用いてナノ粒子の合金構造（粒径、形態、分散性）を推定し、HERやORR反応における電極触媒としての電気化学特性（CV, LSV, EIS）を評価し、反応活性の高い合金触媒の探索と粒子形態の制御法を確立することを目標とした。令和４年度は予備的な電気化学実験として、アセチルアセトナート金属錯体を出発原料に用い、有機分子配位子(オレイルアミンやオレイン酸)で保護されたスピネル型二元合金酸化物ナノ粒子触媒を合成した。金属組成比、オレイルアミン／オレイン酸の比を変化させたナノ粒子の構造・組成解析は、XRD, XPS, XAFS測定を用いて行った、OERやORRの電気化学反応については三極式電解槽を用いて行い、一連のCV測定、LSV測定、CA測定、EIS測定から電気化学特性を評価した。回転電極を用いて動的拡散挙動の解析（例えば、Koutecky－Levich分析）などを行った。また、過電圧印加時の触媒表面の酸化状態や構造歪みの変化をoperando XAFS測定から評価することができた。さらに、貴金属と卑金属の組合せ（例えば、Pt-Co, Pt-Ni等）の二元合金ナノ粒子の液相化学合成に展開し、さまざまな組成の合金ナノ粒子を合成する手がかりを得ることができた。今後は、酸性あるいはアルカリ水溶液中でのHER反応やORR反応を中心に、酸化還元活性、安定性、耐久性等の電気化学特性（CV, LSV, EIS）の評価を行い、電極表面上での電子移動速度や律速段階等の反応メカニズムやダイナミクスに及ぼす合金効果（サイズ効果や結合電子状態）の影響について詳細に検討する。

我们对有机分子配体保护的二元合金纳米颗粒进行高温液相合成，并使用TEM、STEM-EDS、XRD、XPS和XAFS测量来确定合金结构（颗粒尺寸、形貌、分散度等）。是评估作为HER和ORR反应中的电极催化剂的电化学性能（CV、LSV、EIS），寻找具有高反应活性的合金催化剂，并建立控制颗粒形貌的方法。在2020财年，作为初步的电化学实验，我们使用乙酰丙酮金属配合物作为起始材料，合成了有机分子配体（油胺和油酸）保护的尖晶石型二元合金氧化物纳米颗粒催化剂。使用 XRD、XPS 和 XAFS 测量对具有不同金属成分比和油胺/油酸比的纳米颗粒进行结构和成分分析，并使用三电极电解池进行 OER 和 ORR 的电化学反应。一系列 CV 测量、LSV 测量、CA 测量和 EIS 测量。使用旋转电极进行动态扩散行为的分析（例如Koutecky-Levich分析）。此外，我们还能够使用操作 XAFS 测量来评估施加过电压时催化剂表面氧化态和结构变形的变化。此外，我们还开发了贵金属与贱金属（如Pt-Co、Pt-Ni等）组合的二元合金纳米颗粒的液相化学合成方法，并获得了合成各种成分Ta合金纳米颗粒的线索。 。今后，我们将评估氧化还原活性、稳定性和耐久性等电化学性能（CV、LSV、EIS），重点关注酸性或碱性水溶液中的HER反应和ORR反应，我们将详细研究合金的影响。对反应机制和动力学的影响（尺寸效应和键合电子态），例如电子转移速率和速率决定步骤。

项目成果

酸素生成・還元反応中の複合マンガン酸化物電極触媒活性サイトのin situ XAFS観察

XAFS原位观察复合锰氧化物电催化剂产氧/还原反应活性位点

• 发表时间: 2023
• 作者: 斎藤あゆみ;原田雅史;小手川福笑
• 通讯作者: 小手川福笑