その場測定法を用いた電極表面のＯＨ吸着機構解明およびその電極触媒開発への応用

原位测量方法阐明电极表面 OH 吸附机理及其在电催化剂开发中的应用

• 批准号: 16J11177
• 负责人: 片山 祐
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J11177/
• 关键词: In situ 表面増強FTIR; アニオン交換膜形燃料電池; 表面吸着種; Li空気電池; OH吸着挙動; アンモニア酸化反応; in situ 赤外分光測定; ２－プロパノール酸化反応; 塩基性条件

今年度は研究領域を拡大させ、燃料電池に加えてLi-空気電池の電極特性へのOH種の影響を検討した。燃料電池関連の検討では、システムの実用化を考慮し、空気極に大気を、燃料極にアンモニア分解によって得られた水素を供給するアニオン交換膜形燃料電池システムを検討した。In situでの表面増強効果を用いた赤外分光測定により、CO2存在下ではPt触媒表面上に被毒種となるCO関連種が生成し、性能低下を引き起こしていることが明らかとなった。興味深いことに、微量のNH3とCO2が共存する場合には、Pt触媒表面上へのCO関連種の生成が抑制された。これは、NH3共存下で炭酸種（吸着HCO3種）の電極表面上における吸着CO種と吸着OH種への解離反応が抑制されたためである。CO2による性能低下は、アニオン交換膜形燃料電池の大きな課題であるが、NH3分解反応によって生じた水素（微量のNH3を含む水素）を燃料として利用することで、これらの課題を解決できることが明らかとなった。Li-空気電池の検討では、電荷移動過程を促進することが知られているLiIをレドックス媒体として利用したシステムについて検討した。その放電時の機構を、種々の測定により評価した結果、生成するLi2O2のモルフォロジーに加えて、系中への水の含有量が反応過程に大きく影響することが示唆された。具体的には、LiIを添加することで系中の水分子のOH結合特性が変化し、水の脱プロトン化反応を促進することによってLiOHの生成が優位になる。また、系中の水：LiI存在比を上昇させると水の酸性度が低下し、主生成物がLiOHからLi2O2、LiOOH水和物、LiOH水和物からなる混合物へと変化した。これらの結果から、電解質中の水分子のOH結合特性が、系中で進行する（電気）化学プロセス、さらにはLi空気電池特性に大きな影響を与えていることが明らかになった。

This year, the <s:1> research field を拡 major させ, fuel cell に plus えてLi- air battery <s:1> electrode characteristics へ <s:1> OH kinds of <s:1> influences を検 discuss た た. Fuel cell masato even の beg で 検 は, シ ス テ ム の be used を consider し, empty 気 に extremely large 気 を, fuel に ア ン モ ニ ア decomposition に よ っ て have ら れ た を supply water element す る ア ニ オ ン exchange membrane shape fuel cell シ ス テ ム を beg し 検 た. The In situ で の surface raised strong working fruit を with い た outside red spectral photometry に よ り, CO2 In the presence of で は に Pt catalyst surface by poison of と な る CO masato LianZhong が generated し, lower performance を lead き こ し て い る こ と が Ming ら か と な っ た. Takes deep い こ と に coexist, trace の NH3 と CO2 が す る occasions に は, Pt on the catalyst surface へ の CO masato LianZhong の が inhibition of さ れ た. こ れ は, NH3 coexist under で carbon acid kind (sorption HCO3) の electrode surface に お け る sorption CO species と suck the Ozzie and Harriet へ の dissociation against 応 が inhibit さ れ た た め で あ る. CO2 に よ る poor performance は, ア ニ オ ン exchange membrane type fuel cell の big き な subject で あ る が, NH3 decomposition against 応 に よ っ て raw じ た water element (trace の NH3 を む water element) を fuel と し て using す る こ と で, こ れ ら の project を で き る こ と が Ming ら か と な っ た. Li - empty 気 battery の beg で 検 は, charge mobile process を promote す る こ と が know ら れ て い る LiI を レ ド ッ ク ス media と し て using し た シ ス テ ム に つ い て beg し 検 た. そ の is discharging の を, kind of 々 の determination に よ り review 価 し た results, generate す る Li2O2 の モ ル フ ォ ロ ジ ー に plus え て, of へ の が anti に 応 process large amount of water の contains き く influence す る こ と が in stopping さ れ た. Specific に は, LiI を add す る こ と で の OH の water molecules in the line of combining features が - し, water の プ off ロ ト ン turn against 応 を promote す る こ と に よ っ て LiOH の generated が primacy に な る. ま た, の in water: rising LiI existence than を さ せ る と water の low acidity degree が し, main products が LiOH か ら Li2O2, LiOOH water and content, and LiOH water content か ら な る mixture へ と variations change し た. こ れ ら の results か ら の OH, electrolyte の water molecules combining characteristic が, of で す る 気 (electricity) chemical プ ロ セ ス, さ ら に は Li 気 battery characteristics of large に き な influence を and え て い る こ と が Ming ら か に な っ た.

项目成果

Interfacial Reactivity Descriptor at Oxide-Electrolyte Interface in Li-Ion Batteries

锂离子电池氧化物-电解质界面的界面反应性描述符

• 发表时间: 2017
• 作者: Livia Giordano;Pinar Karayaylali;Yang Yu;Yu Katayama;Filippo Maglia;Simon F. Lux;and Yang Shao-Horn
• 通讯作者: and Yang Shao-Horn

Anion Exchange Membrane Fuel Cells with Improved CO2-Tolerance: Impact of Chemically Induced Bicarbonate Ion Consumption

具有改进的 CO2 耐受性的阴离子交换膜燃料电池：化学诱导碳酸氢根离子消耗的影响

• DOI: 10.1021/acsami.7b09877
• 发表时间: 2017
• 期刊: ACS Applied Materials & Interfaces
• 影响因子: 9.5
• 作者: Yu Katayama;Kosuke Yamauchi;Kohei Hayashi;Takeou Okanishi;Hiroki Muroyama;Toshiaki Matsui;Yuki Kikkawa;Takayuki Negishi;Shin Watanabe;Takenori Isomura;and Koichi Eguchi
• 通讯作者: and Koichi Eguchi

Ecole Polytechnique Federale de Lausanne(Switzerland)

洛桑联邦理工学院（瑞士）

Mechanism of the Electrochemical Oxidation of Ammonia over Platinum: An in Situ attenuated Total Reflection Infrared Study

氨在铂上的电化学氧化机理：原位衰减全反射红外研究

• 发表时间: 2016
• 作者: Y. Katayama;T. Okanishi;H. Muroyama;T. Matsui;and K. Eguchi
• 通讯作者: and K. Eguchi

Enhanced Supply of Hydroxyl Species in CeO2-Modified Platinum Catalyst Studied by in Situ ATR-FTIR Spectroscopy

• DOI: 10.1021/acscatal.6b00108
• 发表时间: 2016-02
• 期刊: ACS Catalysis
• 影响因子: 12.9
• 作者: Y. Katayama;T. Okanishi;H. Muroyama;T. Matsui;K. Eguchi