Activation of hydrogen electrode reactions by controlling the interfacial hydrophilic/hydrophobic structure

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水素極の水素酸化反応(HOR)および水素発生反応(HER)について，卑金属および貴金属電極の活性および耐久性の向上を実現するために電気二重層のイオン種および界面水の機能に着目し，活性化および劣化メカニズムの解明に基づく最適な電極界面を構築する。本年度は卑金属としてニッケル電極を用いて，はじめに水素極反応活性の表面配向依存性を調査した。Ni電極は表面の表面に酸化物が形成されることにより活性が向上し，酸化物生成のための酸化電位に大きく依存する。オキシ水酸化ニッケルが形成されると活性が低下することがわかった。表面配向依存性を調査したところNi(110)が最大活性となった。また，電解質カチオン種によっても活性が変わり，セシウムイオンを含む溶液で高活性であった。本研究では，界面の疎水性・親水性を制御するために，有機物種を電極表面修飾するが，従来から実施されている溶液中への浸漬法や電解質溶液の添加だけでなく，超高真空中でのエレクトロスプレー法により導入する。エレクトロスプレー法では難溶性の分子サイズの大きな有機イオンを導入できる。本年度は，超高真空中においてエレクトロスプレーにより修飾した電極をアルゴン中で電気化学セルに移送し電気化学特性を評価できるシステムを構築した。適切に修飾されるかを確認するためにPt(111)表面にメラミンを修飾し，電解質溶液中において酸素還元反応活性を評価した。浸漬法と同等なORR活性であり，表面に修飾されていることを確認した。