固体高分子型水電解 Co含有炭素ナノ粒子凝集体固体高分子型水電解・・・風力発電、太陽光発電に適したエネルギー貯蔵システム – Pt black + e– 非貴金属系触媒の開発 800 ºC, Ar (CoPc/KB=2) Ir black, IrO2 (可逆セルの場合 PtIrなど) 100 nm N N N Co N N N N N Cathode 2H+ + 2e– Anode 2H2O → O2 + 4H+ + 4e– → H2 MoSxなど H+ CCoPc2KB800 Ketjenblack (KB) Coフタロシアニン (CoPc) Electrolyte Ion-exchange polymer membrane 課題：低活性、耐久性未検証 CoPcの・昇華・析出・熱分解 100 nm 凝集した粒子の集合体 一次粒子が互いに結合して数珠状の構造活性点構造制御⇒活性向上 2段階熱処理水素発生電流 0 Current/mA KB CPc2KB800 -5 -10 50 wt % Pt/C CCoPc2KB800 -15 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 Potential/V vs RHE 1. 700 ºC 2. 800, 900, 1000, 1100 ºC (CoPc/KB=1) KB: 電流小・・・炭素表面に水素発生能なし CPc2KB800: KBより電流大・・・Nに小さい水素発生能 CCoPc2KB800: HER 電流がはっきりと観察された触媒活性点・・・Co–N4構造 Pt/Cより低い触媒活性・・・今後の研究が必要 Co凝集体の増加 CoPc 中心部の Co–N4 構造の保持 Co–N4構造の周囲・・・2段階熱処理により不定形炭素マトリックスへと変化図. 水素発生電流と電極電位の関係 (CPc2KB800: CoPcに代えてフタロシアニンを用いて作製した触媒) 測定条件: 電極面積, 0.196 cm2; 電解液, 0.1 mol dm–3 HClO4; 温度, 25 ºC 図. X線吸収端近傍微細構造スペクトル (Co–N4 model: CoにNが平面4配位した構造) 水電解セル運転試験 2.0 2.0 1.8 1.6 eDH = 80% eDH = 70% CCoPc1KB700900–Pt/Ir (A) eDH = 90% Pt–Pt/Ir (B) 1.4 1.2 (a) Cell voltage/V Cell voltage/V 2.2 1.8 1.6 1.4 1.2 (b) 1.0 1.0 0 200 400 600 800 Current density/mA cm–2 1000 0 20 40 60 80 水電解の実証 エンタルピー効率 eDH = 80% at 1 A cm‒2 (70 %で実用レベル) 80時間の運転でほとんど劣化なし Total operation time/h 図. (a) 水電解セルの電流電位曲線 (80 ºC ) (b) CCoPc1KB700900 を陰極触媒とした水電解セルの100 mA cm–2 における連続運転試験結果 (7– 10 時間の昼間運転後、夜間は停止) Inside cover ChemCatChem Vol. 8 (2014)