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学会賞受賞講演
学会賞（武井賞）受賞講演
アトムレベルでの電極反応の解析とその応用
板谷
謹悟（東北大）
Analysis and application for electrode reaction at atomic level
Kingo Itaya (Tohoku University)
１．緒言
我々は一貫してナノレベルでの電気化学を基本とした多くの電極表面反応の研究を原子レベルで解明し、
その反応を制御するに従事し、とりわけ、液体中走査トンネル顕微鏡（電気化学ＳＴＭ）の発明と固液界面
構造・反応に関する原子レベルでの先駆的な研究を展開し、世界トップレベルのナノテクノロジーの研究を
積極的に推進すると共に、最近、さらに新たな原子段差を解像可能な超高分解能の微分干渉光学顕微鏡を世
界で初めて開発・実証し、早い電極反応の動的過程を高速で画像化することに成功した。ここでは、これま
での研究を概説しながら、今後の電気化学の進むべき基礎研究課題にも提言する。
２．成果
（１）液体中走査トンネル顕微鏡（電気化学ＳＴＭ）の発明と固液界面構造・反応に関する原子レベルでの
先駆的な研究：1) 電解質を含む水溶液中の環境下においても、原子レベルで規定された清浄表面の多くが、
超高真空中と同様に安定して存在することを実証している。これまでの清浄固体表面に関する研究が、超高
真空技術の使用を前提としていたことを考えると、「常識」を覆すものである。電気化学ＳＴＭの発明によ
り、「固液界面」が本質的に重要な反応場である多くの学術・工業分野に原子・分子レベルの情報を提供す
ることが可能となり、電気化学・表面・界面科学の発展の大きな原動力となっている。2)
（２）単原子ステップを解像可能な微分干渉顕微鏡の開発：2) 金の溶解・
析出反応の動的過程を，単原子層のレベルで解明し 2010 年に発表した．2) こ
の手法は，これまでの STM や AFM と比較すると，観測視野範囲も非常に
広く，画像取得時間も 1～2 秒と極めて高速であり，電気化学反応の動的過
程を、単原子層のレベルで，しかも実時間で観測することが可能となった．
しかも、Si(100)上の単原子ステップ（ステップ高さ：1.4Å）の解像にも成
功した。5)
３．結言
原子・分子レベルでの電極反応の解明に関する研究は，めっきプロセス
を初めとする、高性能電池開発、さらには、多くの電気化学製造プロセス
を超高真空プロセスを超えるハイテック産業へと進化する時代が目前に迫
っており、そのためのさらなる基礎知識の集積がきわめて今後の電気化学
の発展にとって重要を思われる。
図１ LCM-DIM による Au(111)単
原子ステップの溶解過程（走査
範囲 70×70μm，測定時間 2.4
秒/Flame）
(1)K. Itaya, Progr. Surf. Sci., 58, 121-247 (1998).
(2) S. Ye, T. Kondo, N. Hoshi, J. Inukai, S. Yoshimoto, M.Osawa, and K. Itaya, Electrochemistry, 77, 2 (2009).
(3) R. Wen, A. Lahiri, M. Azhagurajan, S. Kobayashi, and Kingo Itaya, J. Am. Chem. Soc. 132, 13657 (2010).
(4) M. Azhagurajan, R. Wen, A. Lahiri, Y. G. Kim, T. Itoh, and K. Itaya, J. Electrochemical Society, 160, D361 (2013).
(5) S. Kobayashi, Y.-G. Kim, R. Wen, K. Yasuda, H. Fukidome,T. Suwa, R. Kuroda, X. Li, A. Teramoto, T. Ohmi, and
Kingo Itaya, Electrochemical and Solid-State Letters, 14 H351 (2011).
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加藤記念講演
第 34 回加藤記念講演
水素エネルギー時代に向けた電気化学
太田
健一郎（横浜国大）
Electrochemistry toward the age of hydrogen energy
Kenichiro Ota (Yokohama National University)
１．はじめに
地球上では近年、史上まれに見る自然災害が頻繁に現れるようになった。集中豪雨、超大型台風、例を挙
げればきりはない。これらは地球温暖化現象として考えて良い。一昨年にはハワイのマウナロア観測所での
二酸化炭素濃度が 400ppm 越えた。地球は大きな警告を与えている。この原因は化石エネルギーの多消費に
あるのは明かである。今後の世界の人口増大を考えると、何もしないでいると、加速度的に化石エネルギー
消費は増えそうで、温暖化現象もより深刻になるはずである。IPCC の勧告にもあるとおり、いま我々はきち
んとした計画のもとに、化石エネルギー削減のための行動を始めるべきである。
２．地球温暖化対策とグリーン水素
我々の豊かな文明を維持するためには、莫大なエネルギーを確保する必要がある。使いやすい化石エネル
ギー消費を削減するには、それに替わるエネルギーを確保する必要がある。原子力は二酸化炭素削減の切り
札と考えられてきたが、福島原発の事故以来、大きくこれに依存することは避けるべきであろう。目下のと
ころ大きく期待されているのが再生可能エネルギーである。特に太陽エネルギー、風力エネルギーが世界中
で注目されている。しかし、これらの再生可能エネルギーは地球上で偏在しており、また、時間的変動も大
きな課題である。こういった偏在、変動を吸収するには電力系統だけでは不十分で、必ず、貯蔵・輸送する
手段が必要である。二次電池も有効な手段となるが、長期間、大量の貯蔵、海を渡っての長距離輸送となる
と化学エネルギーとしての貯蔵、輸送を考えるのが適切であろう。中でも水素は有力な二次エネルギーであ
る。水素は天然にはほとんど存在しないが、水は無限に近く存在し、これを用いて多くの１次エネルギーか
ら容易に作り出せる。ここで再生可能エネルギーを用いて得られた水素をグリーン水素と呼ぶことにする。
グリーン水素は二酸化炭素を排出することはない。グリーン水素を利用するエネルギーシステムが出来ると、
化石エネルギーを用いた炭素循環のシステムに比べて、２桁以上環境に優しいシステムが出来るはずである。
グリーン水素社会が実現すると世界のエネルギー消費が１０倍増えても、現在より環境負荷が１/１０以上小
さい社会が実現できることになる。人類の持続型成長を実現できる唯一のエネルギーシステムと考えている。
３．グリーン水素システムと電気化学
Fig.1 にはグリーン水素エネルギーシステムを示す。再生可能エネルギーの多くは太陽電池、風力発電等で
まずは電気を作ることを目的としている。二次エネルギーとしては電気と水素を考えている。もともと水素
エネルギーは電気を長距離運ぶ手段として提案
Renewable energy
された。この二次エネルギー間の相互変換は容
易に進む必要がある。水の電気分解は発電機が
発明されたころから工業的に実施されてきてい
る。当初の電解水素はアンモニアの原料として
重要なものであった。燃料電池は近年の技術進
Fuel cell
Electric energy
Hydrogen
歩が著しく、我が国で実用化が始まっている。
Water electrolysis
定置用燃料電池としてエネファームは予想外の
売れ行きであり、昨年、販売が始まった燃料電
池車は納品が追いつかないまでになっている。
水電解と燃料電池は電気化学をベースにしたシ
ステムである。この両者の変換は出来るだけス
Thermal energy
Power
ムースに効率良く進む必要がある。そのために
は電極材料、電解質材料と言った電気化学シス
Fig.1 Green Hydrogen Energy System
テム基本要素の新規材料開発に向けた絶え間な
い努力が重要である。

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