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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

利用复合金属络合物晶体制备酸性水电解高效电极催化剂

基本信息

批准号：
21K05260
负责人：
高瀬聡子
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

The purpose of the development of a catalyst for the electrolysis of acidic water with high efficiency is to test the preparation of a crystalline metal complex and to evaluate the function of the crystalline catalyst. The conditions for the preparation of metal complexation and separation layer crystallization in the presence of the main metal in the center of the electrolyte were investigated. The electrode settings for the determination of the polarization in sulfuric acid solution and the determination of the overvoltage current value of the water electrolysis reaction were obtained. The result is that the copper and lead compounds are successfully crystallized. In addition, the high conductivity is demonstrated by the separation and lamination of the elements, and the separation and lamination of the insulation. The catalytic activity of the catalyst is higher than that of the aqueous phase. The composite system has low overvoltage and high current density. The metal in the middle of the film has a low catalytic activity. A study of the catalytic activity of a single metal (central metal: iron, copper, lead) in the production of a single acid shows a relatively high current density in the case of overvoltage differences. A catalyst for the formation of a complex α-phase of another metal In addition, the separation and lamination of the catalyst in the composite system are possible due to the low overvoltage. The charge transfer speed is upward.