オペランドXASと理論計算を活かした活性状態制御によるマンガン電極触媒の高効率化

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太陽光などの再生可能エネルギーを水素という化学エネルギーに変換・利用する水素社会実現に向け、二酸化炭素を排出しない水の電気分解反応による水素製造法の導入促進が望まれている。水分解反応において酸素生成は水素生成よりも過電圧が大きいため、酸素生成触媒の研究・開発が行われてきた。中でも、高価な貴金属を用いた触媒は水分解活性が高いが、資源量に制約があるため、非貴金属を用いた触媒が求められている。オペランドXAS測定は、触媒反応中の触媒の電子状態や局所構造を明らかにすることができるため、水分解反応機構に迫ることが出来る。本研究の目的は、反応下のマンガン酸化物水分解触媒のXAS分析と理論計算を駆使し、適切な触媒調整条件を探索することで、水分解活性の向上を目指すことである。本年度は、KEK-PFやSPring-8といった放射光施設にて、水分解反応セルや自動精密ステージといった光学関連の調整・改良をし、オペランドXAS分析を行った。水分解(酸素生成)反応電位では、酸化によるマンガン酸化物表面の形状変化や価数変化を観測した。他にも、水分解反応前後における触媒表面や内部におけるマンガンや酸素元素などの局所構造情報を取得した。当初の研究計画通り、取得した実験データを用いた詳細な解析・理論計算は、本年度に導入したワークステーションの立ち上げ、解析ソフトのインストールなどの準備が完了しつつあるので、来年度以降本格的に進めていく予定。