課題番号 ：S-16-KU-0036
利用形態 ：技術代行
利用課題名（日本語） ：炭素材料を坦持体とする水電解アノード触媒の開発
Program Title (English) ：Development of anode catalyst for water electrolysis using carbon-based material as a supporting
利用者名（日本語） ：伊藤　衡平
Username (English) ：K. Ito
所属名（日本語） ：九州大学大学院工学研究院機械工学部門
Affiliation (English) ：Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering,
Kyushu University

１．概要（Summary ）
水電解技術は高純度なオンサイト水素精製技術として注目を浴びている。高効率な水電解には効率の良い水酸化触媒が必要であり、酸化イリジウムが高い耐久性と効率を両立した触媒として用いられている。しかし、酸化イリジウムは導電性に乏しく、導電性助剤を入れるのが好ましい。さらに酸化イリジウムは高価であることからナノ粒子化し、比表面積を大きくする必要がある。安定なナノ粒子を用いるためには坦持体に固定化することが好ましい。従って、導電性担体が必要となるが、従来のカーボンブラックはその高い酸化電位のために用いることができない。そこでCNTの利用を検討した。

２．実験（Experimental）
MWNT (15 mg) とPBI (5 mg) をジメチルアセトアミド (DMAc) 溶液に1時間超音波処理後、濾過洗浄し、乾燥後黒色の固体 (MWNT/PBI) を得た。このうち10 mgを60％エチレングリコール (EG) 水溶液中でIrCl3 xH2O (3.9 mg) と140 ˚Cで6時間反応させることにより黒色の固体 (MWNT/PBI/Ir) を得た(収量10.4 mg)。比較としてCBにIrを担持した触媒 (CB/Ir)、およびPBIを被覆したCBにIrを担持した触媒 (CB/PBI/Ir) の作製も同様の操作で行った。
電子状態測定システム（島津製作所社製・AXIS-ULTRA）によりイリジウム酸化状態の同定を、またナノ粒子の構造を超高分解能走査電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製・SU9000）により観察を行った。

３．結果と考察（Results and Discussion）
作製したMWNT/PBI/IrのX線光電子分光法 (XPS) において、PBIに由来するN 1sピークとIr 4fピークが観察された。また、走査型透過電子顕微鏡 (STEM) 観察から平均粒径1.2 ± 0.2 nmのIrナノ粒子がMWNT表面に高分散に担持していることが確認できた。

図１．MWNT/PBI/IrのSTEM像.

MWNT/PBI/IrとCB/PBI/Irをアノードとする、単セルを作製し、80 ˚Cで電流電圧測定を行った (Figure 5a)。その結果、1.0 A cm-2の時、CB/PBI/IrOxは1.78Vで、MWNT/PBI/IrOxは1.65Vの電圧を示し、MWNT/PBI/IrOx の過電圧が130 mV低いことが分かった。

４．その他・特記事項（Others）
X線光電子分光測定測定、STEM測定は九州ナノテクプラットフォームの柿田有理子氏および城戸秀作氏に実施頂いた。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
なし。
６．関連特許（Patent）
なし。