水素生成を改善する新触媒を発見(New catalyst for efficient clean energy production)

2026-03-17 マサチューセッツ大学アマースト校

マサチューセッツ大学アマースト校のDipankar Sahaらの国際研究チームは、水素製造の効率とコストの課題を解決する新たな触媒を開発した。鉄(Fe)とニッケル(Ni)の原子を炭素マトリクス中に最適配置することで、非貴金属で高性能な酸素発生触媒を実現。秒単位で合成可能なワンポット法により、安価かつスケーラブルな製造が可能となった。この触媒はアルカリ水電解装置のアノードとして機能し、水素生成の効率・耐久性を向上させる。さらに酸素やアンモニア生成にも応用可能で、クリーンエネルギー普及や脱炭素化の加速が期待される。

<関連情報>

多孔質ターボストラクチャーカーボン上のFe-Niナノ構造によるアルカリ電気触媒水酸化反応(金属-金属活性部位の調整が可能) Alkaline electrocatalytic water oxidation by Fe–Ni nanostructures on porous turbostratic carbon with tailorable metal–metal active sites

Dipankar Saha, Chaoyun Tang, Javed Khan, Pulkit Jain, Cheng-Jie Yang, Chung-Li Dong, Richard F. Webster, Chi-Liang Chen, Zhu Chen, Peng Bai, Richard M. Tilley, Nianqiang Wu and James J. Watkins
Royal society of Chemistry  Published:29th December 2025
DOI:https://doi.org/10.1039/D5SC05330G

水素生成を改善する新触媒を発見(New catalyst for efficient clean energy production)

Abstract

Metal ensembles on carbon supports enhance electrocatalysis by requiring close metal–metal proximity, but controlling their clustering remains difficult with current synthesis methods. This study presents a one-step high-throughput synthesis using a bottlebrush block copolymer (BBCP) template, dopamine, and metal precursors (Fe and Ni salts), which can generate high metal loadings (4 at%) of bimetallic Fe–Ni nanostructures with a reduced metallic oxidation state. The BBCP template and polymerized dopamine create a porous carbon matrix upon carbonization. Rapid photothermal pyrolysis, a photonic curing technique, carbonizes samples in seconds, creating uniform Fe–Ni active sites with reduced time and low cost. The short time scales of carbonization and metal precursor reduction favor high metal dispersion, small cluster formation, and the reduced metal oxidation state, all crucial for catalyst performance. In oxygen evolution reaction (OER) testing, the Fe–Ni/N–C catalyst showed a 130 mV overpotential at 10 mA cm−2 and a Tafel slope of 40 mV per dec in 1 M KOH. Tailorable Ni–Fe active sites enable high activity and stability, achieving 100 mA cm−2 at 1.75 V in 1 M KOH at 80 °C with an alkaline membrane electrode assembly (MEA). The unique synthesis approach enables rapid, large-scale production of high-performance electrocatalysts with tunable metal–metal sites, advancing sustainable fuel generation.

0505化学装置及び設備
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