Investigation of oxygen evolution catalysts by flexible anion defect control

通过灵活的阴离子缺陷控制研究析氧催化剂

基本信息

批准号：
22H02174
负责人：
中村崇司
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Tohoku 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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02174/
关键词：
OER触媒アニオン欠陥酸素発生触媒電気化学リアクター

项目摘要

層状ペロブスカイト酸化物La2-xSrxNiO4+δを対象にSr量xおよび酸素欠陥量δを制御することで、Ni価数と酸素欠陥量をそれぞれ独立に制御した材料を合成し、各因子がOER活性に与える影響を評価した。研究代表者が開発した電気化学リアクターを用いて任意量の酸素空孔および格子間酸素を導入し、Ni電子状態および酸素欠陥量を定量制御することに成功した。電気化学リアクターは酸化物イオン伝導体Y添加ZrO2を電解質として構成し、600-700℃にて、任意の酸素欠陥量を実現する平衡酸素分圧を維持することで、酸素欠陥の制御を行った。酸素欠陥がほぼ無い状態でNi価数を調整したLa2NiO4（Ni2+）、La1.8Sr0.2NiO4（Ni2.2+）、La1.6Sr0.4NiO4（Ni2.4+）はほぼ同じOER活性を示した。これは酸素欠陥が無い状態ではNi電子構造のOER活性への影響は小さいことを示唆する。先行研究で提案された「遷移金属eg電子数がOER活性の支配因子である」という仮説とは整合しない結果である。一方、Ni価数をNi2.2+で固定して酸素欠陥を調整したLa2NiO4.1（酸素空孔モル濃度：0、非占有格子間サイトモル濃度：1.9）、La1.8Sr0.2NiO4（酸素空孔モル濃度：0、非占有格子間サイトモル濃度：2.0）、La1.6Sr0.4NiO3.9（酸素空孔モル濃度：0.1、非占有格子間サイトモル濃度：2.0）においては、La2NiO4.1 = La1.8Sr0.2NiO4 < La1.6Sr0.4NiO3.9 という序列となった。これは、非占有格子間サイトはOER活性に寄与しないこと、格子酸素が欠損した酸素空孔がOER活性を有していること、を示唆する結果である。以上の結果は層状ペロブスカイト酸化物OER触媒を設計するうえで重要な知見となる。

通过控制层状钙钛矿氧化物LA2-XSRXNIO4+δ的SR含量X和氧缺损量δ，评估了具有独立控制和氧缺损量的材料，并评估了每个因素对OER活性的影响。使用主要研究者开发的电化学反应器，引入了任意数量的氧空位和间质氧，并进行了定量控制以控制Ni电子状态和氧缺损。电化学反应器由氧化离子导体y添加的ZRO2作为电解质组成，并通过将平衡氧氧局部压在600-700°C下保持控制，以控制氧缺损。 LA2NIO4（NI2+），LA1.8SR0.2NIO4（Ni2.2+）和LA1.6SR0.4NIO4（Ni2.4+），其Ni Valence在几乎没有氧缺陷的状态下调整了NI Valence几乎显示出几乎相同的OER活性。这表明在没有氧缺陷的情况下，Ni电子结构对OER活性的影响很小。该结果与先前研究中提出的假设不一致，即“过渡金属的数量，例如电子是OER活性的控制因素”。另一方面，对于LA2NIO4.1（氧空位摩尔浓度：0，无置置的间质位点摩尔浓度：1.9），LA1.8SR0.2NIO4（氧气空位摩尔浓度：0，无启用的间质位点位点摩尔浓度：2.0.2.0）和LA1.6Ssr0.6sr0.4niO3.9（MOR CORMAIN 3.9）未占用的间质位点摩尔浓度：2.0），la2nio4 = la1.8sr0.2nio4 <la1.6sr0.4nio3.9。该结果表明，非占地的间质部位不影响OER活性，并且缺乏晶格氧的氧空位具有OER活性。以上结果为设计分层的钙钛矿氧化物OER催化剂提供了重要的见解。