多元固溶体合金電極触媒を用いた酸素還元反応メカニズムの解明

利用多元固溶体合金电极催化剂阐明氧还原反应机理

• 批准号: 22K05192
• 负责人: 原田 雅史
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nara Women's University
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05192/
• 关键词: 電極触媒; ナノ粒子; 酸化物ナノ粒子; 酸素還元反応; 酸素発生反応; 固溶体合金

有機分子配位子で保護された二元合金ナノ粒子の高温液相合成を行い、TEM, STEM-EDS, XRD, XPS, XAFS測定等を用いてナノ粒子の合金構造（粒径、形態、分散性）を推定し、HERやORR反応における電極触媒としての電気化学特性（CV, LSV, EIS）を評価し、反応活性の高い合金触媒の探索と粒子形態の制御法を確立することを目標とした。令和４年度は予備的な電気化学実験として、アセチルアセトナート金属錯体を出発原料に用い、有機分子配位子(オレイルアミンやオレイン酸)で保護されたスピネル型二元合金酸化物ナノ粒子触媒を合成した。金属組成比、オレイルアミン／オレイン酸の比を変化させたナノ粒子の構造・組成解析は、XRD, XPS, XAFS測定を用いて行った、OERやORRの電気化学反応については三極式電解槽を用いて行い、一連のCV測定、LSV測定、CA測定、EIS測定から電気化学特性を評価した。回転電極を用いて動的拡散挙動の解析（例えば、Koutecky－Levich分析）などを行った。また、過電圧印加時の触媒表面の酸化状態や構造歪みの変化をoperando XAFS測定から評価することができた。さらに、貴金属と卑金属の組合せ（例えば、Pt-Co, Pt-Ni等）の二元合金ナノ粒子の液相化学合成に展開し、さまざまな組成の合金ナノ粒子を合成する手がかりを得ることができた。今後は、酸性あるいはアルカリ水溶液中でのHER反応やORR反応を中心に、酸化還元活性、安定性、耐久性等の電気化学特性（CV, LSV, EIS）の評価を行い、電極表面上での電子移動速度や律速段階等の反応メカニズムやダイナミクスに及ぼす合金効果（サイズ効果や結合電子状態）の影響について詳細に検討する。

Organic molecular ligands are used to protect binary alloy particles from high temperature liquid phase synthesis, TEM, STEM-EDS, XRD, XPS, XAFS measurements, etc. to estimate the alloy structure (particle size, morphology, dispersibility) of the particles, to evaluate the electrochemical characteristics (CV, LSV, EIS) of the electrode catalyst, to explore the high activity alloy catalyst, and to establish the preparation method of the particle morphology. In 2005 and 2004, the preparation of electrochemistry, synthesis of organic molecular ligands and particle catalysts for the production of metal complexes was carried out. The composition ratio of metals, the ratio of metals to acids, the structure and composition of particles, XRD, XPS, XAFS measurements, electrochemical reactions of OER and ORR, and the use of three-electrode electrolyzers, CV measurements, LSV measurements, CA measurements, EIS measurements, and electrochemical properties were evaluated. Analysis of the dispersion motion of the return electrode (e.g., Koutecky-Levich analysis) Acidification of catalyst surface and structural variation during overvoltage measurement by XAFS In addition, the liquid phase chemical synthesis of binary alloy particles of noble metals and base metals (e.g., Pt-Co, Pt-Ni, etc.) is developed. In the future, the evaluation of electrochemical properties (CV, LSV, EIS) such as HER reaction, ORR reaction center, acidification reduction activity, stability, durability, etc. in acidic aqueous solutions, and the influence of electron movement velocity, law speed step, etc. on electrode surface and alloy effect (combination of electron state and effect) will be discussed in detail.

项目成果

酸素生成・還元反応中の複合マンガン酸化物電極触媒活性サイトのin situ XAFS観察

XAFS原位观察复合锰氧化物电催化剂产氧/还原反应活性位点

• 发表时间: 2023
• 作者: 斎藤あゆみ;原田雅史;小手川福笑
• 通讯作者: 小手川福笑