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

金属/水溶液界面析氢和渗透反应的动力学分析

• 批准号: 18J10474
• 负责人: 山本 悠大
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J10474/
• 关键词: 水素透過; 水素侵入; Devanthan-Stachurskiセル; フローセル

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。

This study で は objects, iron steel sample に す seaborne る electric 気 chemical water element into に お い て, に が water element into solution flow speed and ぼ す influence に つ い て beg す 検 る こ と を purpose と し た. Objects こ れ ま で に pure iron sample に し seaborne て be applied し た water element through the determination of か ら や, strongly acidic environment strong salt base environment で は solution flow rate raised large に よ り plain water intrusion speed が raised す る の に し seaborne, neutral に nearly い environment で は inverse に water element into low speed が す る results ら が れ た. こ れ は liquidity の violations い に よ り 発 raw water element, invades the 応 (カ ソ ー ド anti 応) の が 応 authorities - the す る こ と に よ る と exam え ら れ る が, sample surface の acidification, dissolve (ア ノ ー ド anti 応) の variations change に origin す る possibility も negative で き な か っ た. こ れ ま で の be 験 に with い て い た フ ロ ー セ ル で が は solution sample electrode に directly when た る flow shape で あ っ た た め, sample surface に お け る solution flow れ が heterogeneity で あ っ た. Uneven こ の よ う な a sexual は sample の heterogeneity saprophagous を recruit く た め の solution flow rate, water intrusion speed dependency が ア ノ ー ド · カ ソ ー ド anti 応 の ど ち ら に origin す る か discriminant す る で barrier on と な っ た. Impact の こ の よ う な heterogeneity を exclude す る た め, sample surface に お け る solution flow れ が uniform と な る フ ロ ー type water element through セ ル の open 発 に group take り ん だ. General に electric chemical determination で 気 い ら れ る チ ャ ン ネ ル フ ロ ー electrode を water element through determining に application す る た め, metal sample を 枠 plate に は め こ ん で struck surface か ら カ プ ト ン テ ー プ を stick り flow と integration さ せ る method を test case し た. こ れ に よ り, try that struck surface を points to a very す る through the water element method に お い て も チ ャ ン ネ ル フ ロ ー に nearly い な uniform flow れ を reached し た. Flow れ <s:1> uniformity <s:1> flow path shape を modulus た finite element method calculation ら ら ら confirmation された. こ の セ ル は 従 の water element through the determination of is の セ ル を replacement す る こ と が で き, solution flow れ の heterogeneity sex を exclude し て pure 粋 な material conveying promote に よ る plain water intrusion, through へ の impact assessment 価 を may と す る. Wanted to settle し て い な か っ た flow れ の heterogeneity sex と い う problem へ の 処 seaborne が necessary と な っ た た め, research projects に し seaborne 遅 れ が raw じ た が, determination of water element through に hiroo く may apply な new rules structure の フ ロ ー セ ル open 発 に successful し た. The に れ 応 theory of the reaction and invasion of hydrogens to the 応 velocity theory explains the に contribution する results と える える える.

项目成果

Time-Dependent Measurement of Hydrogen Penetration into Iron Sheets from a Borate Buffer Solution Using FFT Analysis

使用 FFT 分析随时间测量硼酸盐缓冲溶液中氢渗透到铁片中的情况

• DOI: 10.1149/2.0811813jes
• 发表时间: 2018
• 期刊: Journal of The Electrochemical Society
• 影响因子: 3.9
• 作者: Yamamoto Yudai;Kitagawa Yuichi;Hasegawa Yasuchika;Fushimi Koji
• 通讯作者: Fushimi Koji

純鉄への電気化学的水素侵入挙動に対する溶液流れの影響

溶液流量对纯铁电化学氢渗透行为的影响

• 发表时间: 2018
• 作者: 山本悠大;北川裕一;長谷川靖哉;伏見公志
• 通讯作者: 伏見公志