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绿色制氢新关键:电极催化剂真实价值可视化新方法~局部酸度影响性能，期待加速新型催化剂材料的开发~ 2025.01.08 NIMS (国立研究开发法人物质材料研究机构) 国立研究开发法人科学技术振兴机构( JST ) NIMS提出了高精度观测电极界面的局部酸度( pH )变化，正确评价该变化对电极催化活性(特别是氧发生反应)的影响的测量方法。 概要 NIMS提出了高精度观测电极界面的局部酸度( pH )变化，正确评价该变化对电极催化活性(特别是氧发生反应)的影响的测量方法。 由此，可以按照统一的基准对在不同酸度条件下得到的催化剂活性数据进行比较，期待通过提高水电解装置的效率和减少二氧化碳( CO2 )的排放，为实现可持续的能源社会做出贡献。 利用来自可再生能源的电力分解水而得到的“绿色氢”，作为以CO2为起始物质的化工品的生产等可持续化学物质生成技术的核心备受瞩目。 预计2024年水电解装置的设备投资额将达到50亿美元，预计今后需求将进一步增加。 以往的催化剂材料使用高价且有资源制约的铂族元素，开发出充分利用铁和锌等通用元素的廉价且高性能的催化剂材料是扩大供给的当务之急。 另一方面，已知催化剂的性能受电极界面附近的酸度影响较大，但局部酸度的测定方法尚未确立，其机理尚不充分。 特别是中性条件下催化反应，不仅有利于水电解，还有基于CO2还原的甲醇合成和基于氮还原的氨合成等多方面的电解反应，但在中性条件下电极界面附近的酸度会大幅变动，因此能够正确把握电极界面的局部酸度变化，其见解是 本研究采用稳定性和评价性优异的铱氧化物作为模型催化剂，采用旋转环-盘电极法精密测量了中性条件下的局部酸度变化。 结果揭示了局部酸度变化的微观机制，表明它对产氧反应的活性有很大的影响。 此外，根据得到的知识，给出了“局部酸度修正方法”，证实了这样可以在同一标准下正确比较不同条件下的催化剂活性。 另外，可以对迄今为止困难的电极界面反应场进行详细分析，确立了准确反映局部反应环境的新的评价基础。 这一成果将加速不依赖昂贵铂族元素的新一代电极催化剂的评估和设计。 另外，不仅是水电解，还期待应用于CO2还原和氮还原等中性条件有利的电解反应。 预计这将为提高绿色制氢和可持续化学工业水平做出具体贡献。 本研究在JST的“GteX (创新的GX技术创造事业) JPMJGX23H2”的支持下，由NIMS电化学能量转换团队的Miao Wang )和NIMS博士后研究员坂牛健领导。 本研究成果于2025年1月7日刊登在德国化学会志“angewandte Chemie international edition”( doi:10.1002/anie.202419823 )上。 新闻稿图:氧发生反应中电极界面的行为 刊登论文 题目: deciphering ph mismatching at the electrified electrode–electrolyte interface towards understanding intrinsic water molecule oxidation 作者: Miao Wang ，Ken Sakaushi 杂志: angewandte Chemie international edition 刊登日期: 2025年1月7日 DOI : 10.1002/anie |
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