Kinetic analysis and High efficiency of water electrolysis with layered Mn oxides containing metal complexes

含有金属配合物的层状锰氧化物的动力学分析和高效水电解

基本信息

  • 批准号:
    22K04715
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.58万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2022-04-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

層状MnO2の層間に酸化還元活性な金属錯体を挿入することで,比容量が増加することを初めて見出した。さらに,波長依存の光電流(5倍)を示した。層間の金属錯体種の違いにより低エネルギーで水電解によるガス発生が進行し,作製膜の触媒能を観察した。本研究課題の目的は,金属錯体(Co, Fe, Ni, Ru系)/ 層状MnO2薄膜を作製し,①良導電性竹炭/CNTとの複合による触媒能向上(電気分解の高効率化),②電解装置直結のガスクロ-in situ分析による反応速度論的解析と電子伝達機構を明らかにすることである。2022年度では,(1)竹炭/CNT混合膜との金属錯体/層状MnO2のバインダーフリー水電解触媒を作製し,電流―電位曲線からTafelプロットを行い,各種条件での水電解反応の開始電位を明らかにした。CoとRu錯体を中心に進め,(2)金属錯体の配位子変更(非π共役系のみおよび非π共役系とπ共役系)を行った。(3)金属錯体の吸収波長の光照射を行い,光照射によるガス発生について検討した。条件を最適化することで,全サンプルでガス発生を確認した。水素ガス発生のメカニズムが分光分析により明らかになった。本研究で用いる層状マンガン酸化物のマンガンは混合原子価状態(Mn(III)/Mn(IV))である。このMn(III)がMn(IV)に酸化する際の電子が水素発生に関係していることを明らかにした。また,Mn(III)とMn(IV)の比率は,層間イオンや作製電位および各種添加剤等で制御できることも明らかにした。一方で,水素発生に対して膜が剥離する場合と剥離しない両方の場合があり,どちらの現象がどういう条件で起きるかは明らかに出来ていない。今後は,ガスクロin-situ分析の設置も含め詳細にガス発生および関連する反応について詳細に検討を進める。
The interlayer acidification of layered MnO2 can increase the specific capacity of the active metal complex. Today, wavelength dependent photocurrent (5 times) is shown. Interlayer metal fault species in the middle of the low temperature, water electrolysis, the formation of a catalyst for the film to be observed The purpose of this research is to prepare metal complex (Co, Fe, Ni, Ru)/layered MnO2 thin films, firstly, the catalyst energy of good conductivity bamboo charcoal/CNT recombination is upward (high efficiency of electric decomposition), secondly, the analysis of direct junction of electrolytic device by inverse velocity theory and the mechanism of electron transfer are disclosed. In 2022,(1) the preparation of bamboo charcoal/CNT mixed film and metal complex/layered MnO2 catalyst for water electrolysis, the current-potential curve from Tafel to Tafel, the initial potential of water electrolysis reaction under various conditions. Co and Ru complexes move into the center, and (2) metal complexes move into the center (non-π-active system and non-π-active system). (3)The absorption wavelength of the metal complex is irradiated with light, and the emission of light is detected during irradiation. Conditions are optimized to ensure that all products are available. The water element is produced in the form of a spectrum. In this study, the structure of Mn(III)/Mn(IV) was studied. The relationship between Mn(III) and Mn(IV) in the formation of electrons and water elements is discussed. The ratio of Mn(III) to Mn(IV) is different from that of interlayer, control potential and various additives. In one case, the water element is generated, and the film is peeled off. In the other case, the phenomenon of water element is peeled off, and the condition of water element is started. In the future, the settings for "in-situ analysis" will include detailed information on generation and correlation, and detailed information will be discussed.

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Development of High-performance capacitor electrodes utilizing [Co(en)3]Cl3/MnO2 on a bamboo charcoal/carbon nanotube film
利用竹炭/碳纳米管薄膜上的[Co(en)3]Cl3/MnO2开发高性能电容器电极
研究業績&表彰/ Publication & Award@友野研究室
研究成果与奖项/出版物与奖项@友野实验室
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
脂質イオンと Co 錯体を層間イオンとする層状 MnO2 電極による水の電気分解
使用以脂质离子和 Co 络合物作为层间离子的层状 MnO2 电极电解水
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    趙鶴天;沖口陸;稲葉光亮;友野和哲
  • 通讯作者:
    友野和哲
竹炭/CNT上にCo錯体を含む層状MnO2電極を用いた低電位における水素生成
竹炭/碳纳米管上含 Co 络合物的层状 MnO2 电极低电位制氢
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Riku Okiguchi;Kazuaki Tomono;沖口陸,瀬沼愛佑梨,趙鶴天,鎌田素之,友野和哲;瀬沼愛佑梨,沖口陸,友野和哲;佐々木涼,瀬沼愛佑梨,趙鶴天,沖口陸,友野和哲
  • 通讯作者:
    佐々木涼,瀬沼愛佑梨,趙鶴天,沖口陸,友野和哲
層状MnO2による水素生成および[Co(en)3」を層間に導入し水素生成能力の向上
层状MnO2产氢及层间引入[Co(en)3]提高产氢能力
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    趙鶴天;沖口陸;稲葉光亮;友野和哲;沖口 陸,瀬沼愛佑梨,Zhao Hetian,鎌田素之,友野 和哲
  • 通讯作者:
    沖口 陸,瀬沼愛佑梨,Zhao Hetian,鎌田素之,友野 和哲
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