高性能を有する新規な酸化物分散薄膜電極の電気化学的作製とキャラクタリゼーション

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近年、省エネルギーや省資源などに関連して、過電圧が低く安定性や反応選択性に優れ、かつ製造コストの低い電極触媒の開発が熱望されている。このような状況に鑑みて、本研究では、耐酸化性のみならず耐還元性も有するRuO_2の微粒子をNiマトリックス中に均一に分散させた新規な複合薄膜電極、Ni/(Ni+RuO_2)、を分散めっき法で作製し、そのキャラクタリゼーションを行った。その結果得られた主な知見を総括すると、次の通りである。1.(Ni+RuO_2)薄膜中のRuO_2粒子の分散量は、めっき浴中のRuO_2粒子の懸濁量が増すにつれて増加する。2.(Ni+RuO_2)薄膜はカリフラワー状に成長して複雑な表面形態を呈するが、RuO_2粒子はNiマトリックス全体にわたって一様に分布する。3.10mol dm^<-3> NaOH中、90℃、100mA cm^<-2>で電解したとき、Ni/(Ni+RuO_2)電極を用いるとNi/Ni電極に比べて水素過電圧を300mV以上も低減できる。4.水素過電圧の低減には、電極の大きな表面積だけではなく、RuO_2の高い触媒活性が大きく寄与している。5.電解時間につれてNi/(Ni+RuO_2)電極中のRuO_2には状態変化が認められるが、電極電位は変化しない。6.Ni/(Ni+RuO_2)電極の水素発生反応はRuO_2上で起こり、低電流域ではHeyrovsky反応が律速段階となるVolmer-Heyrovsky機構で進行する。7.水素吸蔵合金であるLaNi_5粒子を分散させた(Ni+LaNi_5)薄膜層をさらに付与したNi/(Ni+LaNi_5)/(Ni+RuO_2)電極では、短絡休止時のNiの酸化が防止される。8.Ni/(Ni+LaNi_5)/(Ni+RuO_2)電極では、高活性なRuO_2を担持しているため、LaNi_5のみを担持したNi/(Ni+LaNi_5)電極に比べても、水素過電圧がかなり低減できる。9.Ni/(Ni+LaNi_5)/(Ni+RuO_2)電極では、二層構造のために各粒子に最適なめっき条件が設定でき、薄膜中への分散量の制御も容易である。10.高電流密度域での水素発生反応に対する本電極の高活性は、主にVolmer反応の速度が大きくなることによりもたらされる。