オペランドXASと理論計算を活かした活性状態制御によるマンガン電極触媒の高効率化

利用操作 XAS 和理论计算控制活性状态提高锰电极催化剂的效率

• 批准号: 22KJ2347
• 负责人: 恒川 舜
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ2347/
• 关键词: 水分解触媒; マンガン酸化物; X線吸収分光

太陽光などの再生可能エネルギーを水素という化学エネルギーに変換・利用する水素社会実現に向け、二酸化炭素を排出しない水の電気分解反応による水素製造法の導入促進が望まれている。水分解反応において酸素生成は水素生成よりも過電圧が大きいため、酸素生成触媒の研究・開発が行われてきた。中でも、高価な貴金属を用いた触媒は水分解活性が高いが、資源量に制約があるため、非貴金属を用いた触媒が求められている。オペランドXAS測定は、触媒反応中の触媒の電子状態や局所構造を明らかにすることができるため、水分解反応機構に迫ることが出来る。本研究の目的は、反応下のマンガン酸化物水分解触媒のXAS分析と理論計算を駆使し、適切な触媒調整条件を探索することで、水分解活性の向上を目指すことである。本年度は、KEK-PFやSPring-8といった放射光施設にて、水分解反応セルや自動精密ステージといった光学関連の調整・改良をし、オペランドXAS分析を行った。水分解(酸素生成)反応電位では、酸化によるマンガン酸化物表面の形状変化や価数変化を観測した。他にも、水分解反応前後における触媒表面や内部におけるマンガンや酸素元素などの局所構造情報を取得した。当初の研究計画通り、取得した実験データを用いた詳細な解析・理論計算は、本年度に導入したワークステーションの立ち上げ、解析ソフトのインストールなどの準備が完了しつつあるので、来年度以降本格的に進めていく予定。

为了实现一个氢社会，在该社会中，可再生能源（例如太阳能）被转化并使用为称为氢的化学能，渴望使用不发出二氧化碳的水的电解反应来促进氢生产方法。在水分解反应中，氧气产生的过压比氢的产量更大，因此已经进行了氧气产生催化剂的研究和开发。其中，使用昂贵的贵金属的催化剂具有高水分的活性，但是由于资源量有一个限制，因此需要使用非差异金属的催化剂。操作数XAS测量可以揭示催化反应过程中催化剂的电子状态和局部结构，因此可以仔细研究水分解反应机制。这项研究的目的是通过利用XAS分析和对反应下的锰氧化物水分分解催化剂的理论计算，通过寻找适当的催化剂调节条件来改善水分解活性。今年，对水分分辨反应细胞进行了光学调整和改进，并在同步设施（例如Kek-PF和Spring-8）上进行了自动精确阶段，并进行了操作数XAS分析。在水分解（氧产生）反应电位中，由于氧化而引起的锰氧化物表面的形状和价变化。此外，采集了水分解反应之前和之后的局部结构信息，例如锰和催化剂内部和内部的氧气元素。根据原始的研究计划，使用获得的实验数据的详细分析和理论计算现已完成，诸如启动工作站启动今年和安装分析软件之类的准备工作，因此我们计划从明年开始认真进行。