複合金属錯体結晶を用いた高効率の酸性水電解用電極触媒の創生

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高効率な酸性水電解セル用低コスト触媒の開発を目的として種々の遷移金属錯体結晶作製を試み、得られた結晶触媒の機能評価を行った。主としてマンガンを中心金属とするフタロシアニン錯体を用いて金属複合化、及びアクセプターイオンとの分離積層結晶の作製方法の条件探索を行い、得られた結晶触媒をグラッシーカーボンディスク電極に設置して硫酸酸性溶液中での分極測定を行い、水電解反応の過電圧と電流値が示唆する反応速度を測定した。その結果、マンガンと銅、マンガンと亜鉛のフタロシアニンの複合結晶をα相として得ることに成功した。また、マンガンフタロシアニンだけでは高導電性を示すヨウ素との分離積層体は得られず、絶縁体の交互積層体であったが、コバルトフタロシアニンと複合化することで分離積層体が得られた。得られた触媒の分極曲線から、α相のマンガンフタロシアニンを亜鉛または銅の複合系とすることでカソードの水素生成反応に対する触媒活性が向上することを見出した。中でも亜鉛との複合系が低い過電圧と高電流密度を示した。いずれの金属の単独系は低い触媒活性であった。一方、アノードの酸素発生に対する触媒活性では、単独金属フタロシアニン（中心金属；マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛）の検討では過電圧には差がなかったが、マンガンが比較的高い電流密度を示した。さらにマンガンフタロシアニンと他の遷移金属との複合α相結晶の触媒では、コバルトと複合化した時に活性の向上が見られた。さらにマンガンとコバルト複合系のヨウ素との分離積層結晶触媒を用いることで、低い過電圧での酸素発生が可能であることがわかった。これは、分離積層結晶とすることで、電荷移動速度が向上したためと考えられる。