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

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。

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。