Kinetic analysis of hydrogen evolution and penetration reactions on metal/aqueous solution interface

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では、鉄鋼試料に対する電気化学的水素侵入において、溶液流速が水素侵入速度に及ぼす影響について検討することを目的とした。これまでに純鉄試料に対して実施した水素透過測定から、強酸性環境や強塩基性環境では溶液流速増大により水素侵入速度が増大するのに対し、中性に近い環境では逆に水素侵入速度が低下する結果が得られた。これは液性の違いにより水素発生・侵入反応（カソード反応）の反応機構が変化することによると考えられるが、試料表面の酸化・溶解（アノード反応）の変化に由来する可能性も否定できなかった。これまでの実験に用いていたフローセルでは溶液が試料電極に直接当たる流路形状であったため、試料表面における溶液流れが不均一であった。このような不均一性は試料の不均一腐食を招くため、水素侵入速度の溶液流速依存性がアノード・カソード反応のどちらに由来するか判別する上で障壁となった。このような不均一性の影響を排除するため、試料表面における溶液流れが均一となるフロー型水素透過セルの開発に取り組んだ。一般に電気化学測定で用いられるチャンネルフロー電極法を水素透過測定に適用するため、金属試料を枠板にはめこんで両面からカプトンテープを貼り流路と一体化させる方法を考案した。これにより、試料両面を分極する水素透過法においてもチャンネルフローに近い均一な流れ場を達成した。流れの均一性は流路形状を模した有限要素法計算からも確認された。このセルは従来の水素透過測定系のセルを置換することができ、溶液流れの不均一性を排除して純粋な物質輸送促進による水素侵入・透過への影響評価を可能とする。当初想定していなかった流れの不均一性という問題への対処が必要となったため、研究計画に対し遅れが生じたが、水素透過測定に広く適用可能な新規構造のフローセル開発に成功した。これは水素発生・侵入反応の速度論解明に貢献する成果といえる。