酸塩基性を付与した電気伝導性酸化物触媒の開発

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酸化ルテニウムなどを複合化した貴金属酸化物電極は、酸化物でありながら高い金属的電気伝導性を示し、白金族元素を含むことから触媒活性に優れ、さらに酸化物であるため金属と比べてプロトンの吸脱着にも優れている。化学反応は、電子とプロトンの両方の動きを促進する必要があるため、貴金属酸化物電極のような酸塩基性を付与した電気伝導性酸化物触媒が有効であることが予想される。本年度は、貴金属酸化物電極の1つであるRuO_2-SnO_2電極を従来の塗布法によって作製しその表面形状や表面組成と活性との関係について調べ、電気伝導性酸化物触媒の設計の問題点を明らかにするとともに、触媒設計のためにスズアルコキシドのゾル-ゲルプロセスの解析法を検討した。高分解能走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡、および走査型オージェ顕微鏡によりRuO_2-SnO_2電極の表面を分析した。Ru含有量が多い組成では超微粒子で構成された平坦な部分とRu元素が偏析した島状析出物が生じ、Ru含有量が少ない組成では超微粒子で構成された平坦な部分とRu元素が偏析した亀裂が生じることを明らかにした。Ru含有量が少ない組成で活性表面積が大きいのは平坦部を構成する超微粒子が微細化することによると結論した。スズアルコキシドのゾル-ゲルプロセスを解明するために、ジエチレングリコールを加えて溶液を増粘させ、溶液粘度を測定した。水やジエチレングリコールの濃度を変えて、スズアルコキシドの固有粘度変化を調べ、コンピュータシミュレーションを行って、加水分解と重縮合からなる反応機構を提案した。