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Development of hydrogen evolution catalysts for oxygen-deficient transition metal oxides

缺氧过渡金属氧化物析氢催化剂的开发

基本信息

批准号：
20H02825
负责人：
山田幾也
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Osaka Metropolitan University (2022-2023)Osaka Prefecture University (2020-2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究実績の概要再生可能エネルギーを用いた水電解水素製造において用いられる遷移金属酸化物を対象とした触媒材料探索を実施し、酸素・水素発生触媒における材料設計指針の確立を目的とした研究を行っている。本年度に得られた主な成果は以下の通りである。1. マグネトプランバイト酸化物の酸素発生触媒活性における異元素間シナジーと複合要因　マグネトプランバイトBaFe12-xCoxO19を超高圧合成法によって合成し、Co添加量(x)に対する酸素発生反応(OER)活性の依存性を調べた。OER活性がxに対して非単調に変化したことに基づき、複数の要素が競合するシナジーが働くことを明らかにした。2. ペロブスカイト酸化物の酸素発生触媒活性における異元素間シナジー　異常高原子価イオンFe4+・Co4+からなるペロブスカイト型酸化物CaFe1-xCoxO3を超高圧合成法によって合成し、OER活性の組成依存性を調べた。CaFeO3 (CaCoO3)に対して、微量のCo(Fe)添加で一様にOER活性が向上するオフセット型のシナジーが観察された。3. ペロブスカイト酸化物OER触媒における5元素混合効果　5種(Cr, Mn, Fe, Co, Ni)の遷移金属イオンが任意の割合で含まれるペロブスカイト酸化物LaMO3 (M = Cr, Mn, Fe, Co, Ni)において、OER触媒活性が最大となる組成をベイズ最適化によって求めた。単独のペロブスカイト酸化物で比較的高活性を示す元素(Fe, Co, Ni)を高濃度で含む場合に高いOER活性を示すことを明らかにし、先行研究で報告された性能を上回った。

Summary of the research results and establishment of guidelines for the design of materials for the production of water electrolysis and water element production This year's main achievements are as follows: 1. The dependence of the activity of the acid generation catalyst (OER) on the amount of Co added (x) in the synthesis of BaFe12-xCoxO19 by the ultra-high pressure synthesis method was modulated. OER activity is not the same as that of the base, but it is the same as that of the base. 2. The synthesis and composition dependence of OER activity of CaFe1-xCoxO3, an acid-producing acid compound, were modulated by high pressure synthesis method. CaFeO3 (CaCoO3) and trace Co(Fe) addition caused OER activity to increase. 3. OER catalyst contains five elements (Cr, Mn, Fe, Co, Ni) and five migrating metals (Cr, Mn, Fe, Co, Ni). The five elements are mixed together to form a mixture containing LaMO3 (M = Cr, Mn, Fe, Co, Ni). The high activity of the elements (Fe, Co, Ni) and the high OER activity in the presence of high concentrations of these elements were reported in the previous study.