Construction of active sites with dual site adsorption on nanosheet edges and facet-controlled nanoparticles

在纳米片边缘和面控制纳米颗粒上构建具有双位点吸附的活性位点

基本信息

批准号：
22K05295
负责人：
北野翔
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Hokkaido 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-22K05295/
关键词：
ナノシート形状制御電気化学界面酸素発生反応

项目摘要

酸素発生反応(OER)は多くの電気化学システムにおいて重要なアノード反応だが、大きな過電圧を必要とするため高活性触媒の開発が望まれる。近年、反応サイトに加えて吸着サイトへ同時に中間体を吸着させるデュアルサイト吸着型活性点がOERに有効であることが報告されたが、未だその活性は不十分である。本研究では、エッジが反応サイトである層状複水酸化物(LDH)ナノシートと、全ての表面が同じ結晶面から成る形状制御金属ナノ粒子を複合化することで、構造制御されたデュアルサイト吸着型界面活性点を構築する。反応サイトおよび吸着サイトにおける中間体の吸着エネルギーの影響を系統的に解明し、高効率なOER活性点の設計指針の確立を目指す。本年度は、表面の結晶面が（100）面である立方体と（111）面である八面体のPdナノ粒子を合成し、分散液として保存した。いずれの粒子もfcc構造を有しており、粒径20 nm程度であることがわかった。ナノシートの合成においては、前駆体であるNiとFeを含むLDHを合成した後、これにアニオン交換と剥離処理を行うことで、金属水酸化物ナノシートをコロイド分散液として合成した。LDHは板状の形状を有しており、これを剥離して得られた金属水酸化物ナノシートは、幅10 nm程度に微細化されたことがわかった。それぞれの分散液を混合することで、複合触媒を合成した。TEM観察から、いずれの形状制御Pdを用いた複合触媒においても、Pdナノ粒子の表面に水酸化物ナノシートが担持されたことがわかった。合成した触媒を用いて、アルカリ水溶液中におけるOERを行ったところ、いずれの複合触媒も水酸化物ナノシート単独よりも高い活性を示すことがわかった。OERにおいては、水酸化物ナノシートの金属種が活性点であるため、複合化によって活性点の電子状態が変化したことが高活性化の原因であると考えられる。

氧气进化反应（OER）是许多电化学系统中重要的阳极反应，但是需要大量活性催化剂的发展，因为它们需要大量的过电压。近年来，据报道，除了反应位点外，双位点吸附的活性位点同时吸附到吸附处，对OER有效，但它们的活性仍然不足。在这项研究中，通过将分层双氢氧化物（LDH）纳米片与边缘和形状控制的金属纳米颗粒与所有表面组成的所有表面组合在一起，构建了结构控制的双点吸附表面活性剂点。我们旨在系统地阐明中间吸附能量对反应位点和吸附位点的影响，并建立设计高效的OER活性位点的指南。今年，将具有（100）表面晶体表面和八面体表面（111）表面（PD纳米颗粒）的立方体合成并储存为分散体。所有颗粒都有FCC结构，并且发现粒径约为20 nm。在纳米片的合成中，合成了含有前体Ni和Fe的LDH，然后在纳米片金属氢氧化物上进行阴离子交换和剥离作为胶体分散。 LDH具有类似板的形状，发现通过剥离板上获得的金属氢氧化物纳米片被细化至约10 nm宽。混合催化剂是通过混合各自的分散体合成的。从TEM观察结果中可以发现，使用PD控制的PD，在任何复合催化剂中，在PD纳米颗粒的表面上支持了氢氧化物纳米片。当使用合成的催化剂在碱性溶液中进行OER时，发现两种复合催化剂的活性都比单独的氢氧化物纳米片更高。在OER中，由于氢氧化物纳米片的金属物种是活性点，因此人们认为，由于络合物的络合，活动点的电子状态会变化，这是高度活跃状态的原因。