再生可能エネルギーによる水素社会実現へ大きく貢献
2021-02-17 京都大学,九州大学,高輝度光科学研究センター,科学技術振興機構
京都大学 大学院理学研究科 北川 宏 教授、草田 康平 同 特定助教（研究当時、現：京都大学 白眉センター 特定准教授）、呉 冬霜 同 特定研究員らの研究グループは、高活性かつ高耐久性を有する水電解触媒の開発に成功しました。
水電解技術は電力エネルギーにより水を分解して化学エネルギーである水素を製造するプロセスであり、特に欧米では再生可能エネルギーを利用した水素製造によりＣＯ２排出量ゼロ実現へ大きく貢献する技術として大きな注目を得ています。北川教授らの研究グループは、酸性溶液中で水の完全分解を高活性に長時間促進するルテニウム－イリジウム（Ｒｕ－Ｉｒ）合金電極触媒の開発に成功しました。この触媒は特徴的な珊瑚形状をしたナノ構造体であり、３ｎｍ（３×１０－９ｍ）程度のＲｕ－Ｉｒ合金ナノシートの集合体です。水電解はカソードでの水素発生反応（ＨＥＲ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）とアノードでの酸素発生反応（ＯＥＲ：Ｏｘｙｇｅｎ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎ）の２つの半反応から構成され、ＨＥＲは白金（Ｐｔ）、ＯＥＲはＩｒで広く研究されています。一方、Ｒｕも高いＯＥＲ活性を有することが知られていますが、酸性溶液中では反応電位で著しく溶出し、急激に触媒活性が悪くなることが問題でした。本研究で開発した珊瑚形状をしたＲｕ－Ｉｒナノ合金（ＲｕＩｒナノコーラル）はＨＥＲ、ＯＥＲ両反応に対して非常に高い活性を有することに加え、極めて高い耐久性をも示すことが分かり、従来のＰｔとＩｒＯ２（酸化イリジウム）を使用した場合に比べ、低コストかつ高性能な水電解の実現に成功しました。
本成果は、２０２１年２月１７日（英国時間）に国際学術誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」にオンライン掲載されます。また、物質基本特許として「異方性ナノ構造体及びその製造方法並びに触媒（特願２０１７－２４９５１１）」を出願中（出願人：京都大学）です。
本研究はＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業 ＡＣＣＥＬ「元素間融合を基軸とする物質開発と応用展開」（研究代表者：北川 宏、プログラムマネージャー：岡部 晃博、研究開発期間：平成２７年８月～令和３年３月、ＪＰＭＪＡＣ１５０１）、一部はＪＳＰＳ 科学研究費助成事業 特別推進研究「非平衡合成による多元素ナノ合金の創製」（研究代表者：北川 宏、研究開発期間：令和２年８月～令和７年３月）、文部科学省 ナノテクノロジープラットフォーム事業の九州大学超顕微解析研究センター「微細構造解析プラットフォーム」の支援を受けて実施しました。
＜論文タイトル＞
- “Efficient overall water splitting in acid with anisotropic metal nanosheets”
（異方性金属ナノシートを用いた酸性溶液中での効率的な水の完全分解） - ＤＯＩ：10.1038/s41467-021-20956-4
＜お問い合わせ先＞
＜研究に関すること＞
北川 宏（キタガワ ヒロシ）
京都大学 大学院理学研究科 教授
草田 康平（クサダ コウヘイ）
京都大学 白眉センター 特定准教授
吉岡 聡（ヨシオカ サトル）
九州大学 大学院工学研究院 助教
＜ＳＰｒｉｎｇ－８／ＳＡＣＬＡに関すること＞
高輝度光科学研究センター 利用推進部 普及情報課
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
寺下 大地（テラシタ ダイチ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部
＜報道担当＞
京都大学 総務部 広報課 国際広報室
科学技術振興機構 広報課
