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

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。

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。