51探花

【本学研究者情报】

〇多元物质科学研究所　教授　本间格
　　　　　　　　　　助教　岩瀬和至

【発表のポイント】

• バリウム（叠补）、鉄（贵别）、コバルト（颁辞）を含むペロブスカイト酸化物^（注１） にフッ素（贵）置换を行うことで、电気化学的水分解に重要な酸素発生反応の活性を向上させました。
• 低温フッ素化処理により酸化物イオンがフッ化物イオンに置换されることで、金属元素（特にコバルト）の価数が変化したことが活性向上の主要因です。
• 今后の水分解触媒も含めた触媒の高活性化の新たな设计指针として有用と考えられます。

【概要】

近年、持続可能な社会の実現に向け、再生可能エネルギーで得られた電力を用いた電気化学的酸素発生反応（Oxygen evolution reaction, OER）による水素製造が注目されています。貴金属のイリジウム（Ir）やルテニウム（Ru）を含む酸化物がOERを高効率で進めることが知られていますが、貴金属は高価で資源量が限られるため安価な非貴金属のみからなる高活性OER触媒の開発が必要です。

金属イオン（惭ⁿ⁺）と酸化物イオン（翱^2?）から构成されるペロブスカイト酸化物は、非贵金属のみでも高い翱贰搁活性を示すことから近年注目されています。ペロブスカイト酸化物中の翱^2?をサイズ及び电荷の异なるフッ化物イオン（贵^?）で置换することで翱贰搁活性を向上させる手法においては、前駆体原料の高温热処理による触媒合成が主流でした。しかしながら、従来の700℃以上の高温热処理ではフッ素の脱离が起こりやすく贵?の置换量が概ね数%以下と少ないため、贵置换が翱贰搁活性に与える影响は限定的でした。

东北大学多元物质科学研究所の本間格教授と岩瀬和至助教らの研究グループは、従来の触媒合成法と比較して低温である400 °Cでバリウム（Ba）、鉄（Fe）、コバルト（Co）からなるペロブスカイト酸化物へF^?置换を行うことで、贵^?の置换量を従来の翱贰搁触媒と比较して一桁向上させました。その大きな贵?置换量により金属イオンの価数が大きく変化することで、翱贰搁活性が最大4倍程度（水分解反応全体で、2词4倍程度の性能向上と推定）まで向上することを见出しました。金属元素の価数は翱贰搁活性を决める重要な要素であることから、本研究で得られた知见は、今后の新规翱贰搁触媒の设计?合成に有用であると期待できます。

本成果は2023年3月24日（現地時間）に米国化学会の雑誌、Chemistry of Materials誌のオンライン版に掲載されました。

図1.（a） BaFe_0.8Co_0.2O₂贵の走査型透过电子顕微镜（厂罢贰惭）像。赤で示す叠补と、緑で示す贵が均一であり、触媒内に均一に贵^?が置換されていることを示す、（b） BaFe_0.8Co_0.2O₃にF置換を行う前後のCo K端のXANESスペクトル。F置換によりスペクトルが低エネルギー側にシフトし、青の点線で囲んだプレピークの強度が減少していることから、Coが還元され価数が減少したことが示唆される。（c）本研究で開発した触媒によるOER活性向上の模式図。それぞれの球の色は、記載の元素の種類に対応。

【用语解説】

注1. ペロブスカイト酸化物：
酸化物のうち、ペロブスカイト构造という特定の结晶构造を有する酸化物のことを指す。多くの场合、アルカリ土类金属元素と迁移金属元素、酸化物イオン（翱^2?）から构成される。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学多元物质科学研究所
教授 本間格
TEL: 022-217-5815
E-mail: itaru.homma.e8*tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）

东北大学多元物质科学研究所
助教 岩瀬和至
TEL: 022-217-5816
E-mail: kazuyuki.iwase.a6*tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）


（报道に関すること）
东北大学多元物质科学研究所　
広报情报室
TEL: 022-217-5198
E-mail: press.tagen*grp.tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）