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

通过控制界面亲水/疏水结构激活氢电极反应

基本信息

批准号：
22H01887
负责人：
中村将志
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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。

The HOR and HER of the water electrode are used to improve the activity and durability of the base metal and noble metal electrodes. The function of the double layer of the electric current and the interface water is important, and the activation and degradation of the electrode are important. This year, the surface alignment dependence of the electrode activity of the base metal was investigated. Ni electrode is highly dependent on the acidification potential for the formation of acid compounds on the surface. The activity of the enzyme is low. Surface alignment dependence was investigated and Ni(110) was found to be the most active. The activity of the electrolyte is high, and the activity of the electrolyte is high. In this study, the control of interface water and hydrophilicity, organic species, electrode surface modification, immersion in solution, addition of electrolyte solution, and introduction of organic species in ultra-high vacuum were studied. The method of extraction of insoluble molecules is introduced. This year, we have constructed a system to evaluate the electrical chemistry characteristics of electrodes modified in ultra-high vacuum and transferred to the electrical chemistry unit in an all-in-one environment. Appropriate modifications were confirmed on Pt(111) surface and the activity of acid reduction in electrolyte solution was evaluated. Immersion method is equivalent to ORR activity. Surface modification is confirmed.