エネルギーと環境 97

彦根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救ったと
伝えられる招と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備え（戦国時代の井伊
軍団編成の一種、あらゆる武具を朱りにした部隊編成のこと）と兜（かぶ
と）を合体させて生まれたキャラクタ。

【季語と短歌：1月５日】

　　　　　　　　　峰々の百川湛え初琵琶湖　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　高山　宇　（赤鬼）


　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

【完全循環水電解水素製造技術概論 ⑳】
【最新特許事例研究】
1.　特表2024-515943　アニオン交換膜を利用する水電解装置　⓶
　 グリーンライザー  ユーエス，インコーポレイティド
【要約】 水電解装置には、少なくとも２つの電気化学セルを含む電解装置
スタックが含まれる。各セルは、アニオン交 換膜、卑金属アノード電解触
媒、卑金属カソード電解触 媒および、分流がスタックに供給される総電流
の１％未 満になるような隣接セル間の充分に長いイオン伝導経路 、を含
む。

【詳細な説明】　本明細書中で使用される「ピリジニウム」なる用語は、
ピリジン基を含有する正荷電リ ガンドを意味する。これには、素のピリジ
ンまたは置換ピリジンが含まれる。
【化２】

という形態のリガンドが具体的に含まれ、ここで、Ｒ６～Ｒ１１は各々独
立して、水素、 ハロゲン化物、直鎖アルキル、分岐アルキル、環状アルキ
ル、ヘテロアルキル、アリール 、ヘテロアリール、アルキルアリール、ヘ
テロアルキルアリールおよびそれらのポリマ、 例えば本明細書中に記載の
ビニルベンジルコポリマの中から選択される。
【００５１】本明細書中で使用される「ホスホニウム」なる用語は、リン
を含有する正荷電リガンド を意味する。これには、置換リンが含まれる。
　　Ｐ＋（Ｒ１２Ｒ１３Ｒ１４Ｒ１５）
という形態のリガンドが具体的に含まれ、ここで、Ｒ１２～Ｒ１５は各々
独立して、水素 、ハロゲン化物、直鎖アルキル、分岐アルキル、環状アル
キル、ヘテロアルキル、アリー ル、ヘテロアリール、アルキルアリール、
ヘテロアルキルアリールおよびそれらのポリマ 、例えば本明細書中に記載
のビニルベンジルコポリマの中から選択される。
【００５２】　本明細書中で使用される「ピペリジニウム」なる用語は、
【化３】

という形態の正荷電リガンドを意味し、ここで、Ｒ１９～Ｒ２５は各々独
立して、水素、 ハロゲン化物、直鎖アルキル、分岐アルキル、環状アルキ
ル、ヘテロアルキル、アリール 、ヘテロアリール、アルキルアリール、ヘ
テロアルキルアリールおよびそれらのポリマ、 例えば本明細書中に記載の
ビニルベンジルコポリマの中から選択される。
【００５３】　本明細書中で使用される「正荷電環状アミン」なる用語は、
環状アミンを含有する正荷電リガンドを意味する。これには具体的に、イ
ミダゾリウム、ピリジニウム、ピラゾリウ ム、ピロリジニウム、ピロリウ
ム、ピリミジウム、ピペリジニウム、インドリウム、トリアジニウム、お
よびそれらのポリマ、例えば本明細書中に記載のビニルベンジルコポリマ 
が含まれる。
【００５４】本明細書中で使用される「単純なアミン」なる用語は：Ｎ（
Ｒ１６Ｒ１７Ｒ１８）という形態の種を意味し、ここで、Ｒ１６～Ｒ１８
は各々独立して、水素、直鎖アルキル 、分岐アルキル、環状アルキル、ヘ
テロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アルキル アリール、ヘテロア
ルキルアリールの中から選択されるが、ポリマは選択されない。
【００５５】本明細書中で使用される「貴金属」なる用語は、Ｒｕ、Ｒｈ、
Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｅ、Ｏｓ 、Ｉｒ、ＰｔおよびＡｕのうちの１つ以上を意味
する。
【００５６】本明細書中で使用される「卑金属触媒」なる用語は、実質的
に貴金属を含まない触媒を意味する。
【００５７】本明細書中で使用される「分流」なる用語は、膜を通してで
はなくむしろ隣接するセル間の流体連結を通る経路をたどるスタックに印
加された電流の一部分を意味する。電流は 、連結部内の流体を通ってかま
たは導管および接続金具（ｆｉｔｔｉｎｇ）を通って伝達され得る。
【００５８】本明細書中で使用される「双極板」なる用語は、１つのセル
のためのカソードまたはカソード流動場およびスタック内の隣接するセル
のためのアノードまたはアノード流動場として役立つ単一の導電性板であ
る。
【００５９】本明細書中で使用される「隣接するセルのアノード間の最短
イオン伝導経路」なる用語は、所与のセルのアノードからそして隣接する
セルのアノードまでの最短イオン伝導経路を意味する。
【００６０】本水電解装置」なる用語は、電気を使用して水を分解し水素
を製造するためのデバイスである。
【００６１】アルカリ水電解装置またはアニオン交換膜（ＡＥＭ）水電解
装置の全てではないにせよ大部分の実施形態において、水素は以下の反応
を通して生成される：
　２Ｈ２Ｏ＋２ｅ－→Ｈ２＋２ＯＨ
【００６２】プロトン交換膜（ＰＥＭ）電解装置の全てではないにせよ大
部分の実施形態において、水素は以下の反応を通して生成される：
　２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２
【実施例】【００６３】
　具体例１
この実施例の目的は、０．１Ｓ／ｃｍ超の伝導率を有する溶液が補給され
るときに低い 分流を有する電解装置設計を提供することにある。
【００６４】図１Ａ（掲載前出）は、３セル電解装置スタックの略図を示
す。スタックは、以下のものからなる：
（ａ）アノード１０１ａおよびカソード１０１ｃを含む電解装置セル１０１、
（ｂ）アノード１０２ａおよびカソード１０２ｃを含む電解装置セル１０２、
（ｃ）アノード１０３ａおよびカソード１０３ｃを含む電解装置セル１０３、
（ｄ）アノード入口マニホルド１１０、
（ｅ）それぞれのアノード１０１ａ、１０２ａおよび１０３ａに対してア
ノード入口マニ ホルド１１０を連結するパイプ１１１、１１２および１１３、
（ｆ）カソード入口マニホルド１２０、
（ｇ）カソード１０１ｃにカソード入口マニホルド１２０を連結するパイ
プ１２１。カソード入口マニホルド１２０をそれぞれのカソード１０２ｃ
および１０３ｃに連結する、１２２および１２３と番号付けされたパイプ
（図１Ａでは隠れている）も存在する。
（ｈ）アノード出口マニホルド１３０、
（ｉ）アノード出口マニホルド１３０をそれぞれのアノード１０１ａ、１
０２ａおよび１０３ａに連結するパイプ１３１、１３２および１３３、
（ｊ）カソード出口マニホルド１４０および、
（ｋ）カソード出口マニホルド１４０をそれぞれのカソード１０１ｃ、１
０２ｃおよび１０３ｃに連結するパイプ１４１、１４２、および１４３。
【００６５】カソード１０１ｃは、アノード１０２ａと電気的接触状態に
ある。カソード１０２ｃはアノード１０３ａと電気的接触状態にある。図
１Ａは、隣接するアノードおよびカソード （例えばカソード１０１ｃおよ
びアノード１０２ａ）を別個の構成要素として示しているが、隣接する構
成要素を単一の双極板に組合せることができる。
【実施例】【００６３】
　具体例１
　この実施例の目的は、０．１Ｓ／ｃｍ超の伝導率を有する溶液が補給さ
れるときに低い 分流を有する電解装置設計を提供することにある。
【００６４】図１Ａは、３セル電解装置スタックの略図を示す。スタック
は、以下のものからなる：
（ａ）アノード１０１ａおよびカソード１０１ｃを含む電解装置セル１０１、
（ｂ）アノード１０２ａおよびカソード１０２ｃを含む電解装置セル１０２、
（ｃ）アノード１０３ａおよびカソード１０３ｃを含む電解装置セル１０３、
（ｄ）アノード入口マニホルド１１０、
（ｅ）それぞれのアノード１０１ａ、１０２ａおよび１０３ａに対してア
ノード入口マニホルド１１０を連結するパイプ１１１、１１２および１１３、
（ｆ）カソード入口マニホルド１２０、
（ｇ）カソード１０１ｃにカソード入口マニホルド１２０を連結するパイ
プ１２１。カソ ード入口マニホルド１２０をそれぞれのカソード１０２ｃ
および１０３ｃに連結する、１２２および１２３と番号付けされたパイプ
（図１Ａでは隠れている）も存在する。
（ｈ）アノード出口マニホルド１３０、
（ｉ）アノード出口マニホルド１３０をそれぞれのアノード１０１ａ、１
０２ａおよび１０３ａに連結するパイプ１３１、１３２および１３３、
（ｊ）カソード出口マニホルド１４０および、
（ｋ）カソード出口マニホルド１４０をそれぞれのカソード１０１ｃ、１
０２ｃおよび１ ０３ｃに連結するパイプ１４１、１４２、および１４３。
【００６５】カソード１０１ｃは、アノード１０２ａと電気的接触状態に
ある。カソード１０２ｃは アノード１０３ａと電気的接触状態にある。図
１Ａは、隣接するアノードおよびカソード （例えばカソード１０１ｃおよ
びアノード１０２ａ）を別個の構成要素として示している が、隣接する構
成要素を単一の双極板に組合せることができる。

【００６６】図２は、図１Ａ中に例示されたスタック内のセルのうちの１
つのセルを分解したものを例示する。セル３０は、剛性流動場板３４およ
び３６の間に間置された膜電極アセンブリ３２を含む。膜電極アセンブリ
３２は、２つのガス拡散層（ＧＤＬ）、すなわちアノード ＧＤＬ４４およ
びカソードＧＤＬ４６の間に間置されたアニオン交換膜４２を含む。アノ
ードＧＤＬ４４およびカソードＧＤＬ４６は典型的に、炭素繊維紙または
ニッケル繊維紙 などの多孔質導電性シート材料で形成され、平面状の主要
表面を有する。アノードＧＤＬ４４およびカソードＧＤＬ４６は、膜４２
との界面でそれらの主要表面上に配置された触媒材料の薄層を有し、これ
らの表面を電気化学的に活性なものにしている。アノード流動場板３４は、
膜電極アセンブリ３２に対面するその主要表面の中に形成された少なくと
も１つの開放面チャネル３４ａを有する。同様にして、カソード流動場板
３６は、膜電極アセンブリ３２に対面するその主要表面の中に形成された
少なくとも１つの開放面チャネル３６ａを有する。アノードＧＤＬ４４と
カソードＧＤＬ４６の協働する表面に接して組立てられた場合、チャネル
３４ａおよび３６ａは、それぞれアノード反応物質（燃料）流およびカソ
ード反応物質（酸化剤）流のための反応物質の流動場通路を形成する。
【００６７】セルは同様に、ＧＤＬと流動板の間に、金属メッシュ、有孔
金属シートまたは金属発泡体を格納し得る。最適な開口部は１～２０ｍｍ
である。流動板は、その本体内に機械加工された流路を有することができ、
あるいは、平坦な板を使用することができ、金属メッシュまたは金属板は
流路として役立つ。
【００６８】代替的には、膜の上に直接的に触媒材料を被着させることが
できる。
【００６９】ＡＥＭ水電解装置の場合、アニオン交換膜４２（図２参照）
は、正荷電アミンおよび炭化水素骨格、例えば非限定的に：
ｉ）スチレンとクロロメチルスチレンのコポリマ；
ｉｉ）ベンゼン環を含有するポリマ；
ｉｉｉ）フェニレン基を含有するポリマ；
ｉｖ）本質的に炭素および水素で構成されているポリマ鎖；および
ｖ）本質的に炭素、水素およびフッ素で構成されたポリマ鎖；
を含む。典型的には、イミダゾリウム、ピペリジニウムおよび／またはピ
リジニウムなどの正荷電環状アミンが利用される。
【００７０】特許文献４は、カソード上の触媒層はいかなるイオノマーも
含有すべきでないことを教示しているが、イオノマーが使用された場合、
本発明の電解装置内ではより優れた性能が見られた。膜４２およびアノー
ドＧＤＬ４４およびカソードＧＤＬ４６が共に結合されてユニット化電極
アセンブリ（ＵＥＡ）を形成する場合にも同様に、より優れた性能が見ら 
れた。
【００７１】動作中、水と塩基を含む混合物がアノードおよび／またはカ
ソード入口マニホルド内に補給される。溶液は、セルを通って流動し、出
口マニホルドを通って外に出る。溶液は典型的に、８超のｐＨを有し、海
水、塩分および他の構成成分を含有し得る。
【００７２】１Ａ／ｃｍ２以上の高電流が望まれる場合、溶液は少なくと
も１２のｐＨを有していな ければならない。
【００７３】経験的に、溶液の伝導率が０．０５Ｓ／ｃｍ超である場合に
好適な性能が得られ、溶液の伝導率が０．１～０．４Ｓ／ｃｍである場合
に最高の性能が得られる、ということが発見された。
【００７４】ひとたび溶液が流動するようになると、セルのうちの１つの
セルのアノード（例えばアノード１０１ａ）と異なるセルのカソード（例
えばカソード１０３ｃ）の間に電圧が印加され、所望の電気化学的反応が
促進される。ＡＥＭ水電解装置内では、カソードにおいて以下の反応が発
生する：
　２Ｈ２Ｏ＋２ｅ－→Ｈ２＋２ＯＨ－（１）
このとき、水酸基は膜内を通過し、ここでこれらはアノードにおいて反応
して酸素を生成する：
　２ＯＨ－→１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ－（２）
正味の反応は、以下のようになる：
　Ｈ２Ｏ→１／２Ｏ２＋Ｈ２（３）
【００７５】セルに供給された電流の全てが水素および酸素の製造に使わ
れることが極めて望ましいと思われるが、実際には、「分流」と呼ばれる
電流の一部分がＭＥＡを迂回する。例えば 、図１Ａにおいてアノード入口
マニホルド１１０内に流入する溶液が良導体である場合には、電流はパイ
プ１１１から出てアノード１０１ａからアノード入口マニホルド１１０内 
へ流動し、パイプ１１２内に戻り、その後、セル１０１内のＭＥＡを迂回
してアノード１０２ａへと流動することができる。ＭＥＡを迂回する電流
は、いかなる反応生成物も生成しないことから無駄になり、したがって、
分流を除去または軽減することが望ましい。
【００７６】先行特許文献には、電解装置内で分流を回避するためのいく
つかの方法が記載されてい る。概して、このアプローチは、隣接するセル
間の流動経路内にポリテトラフルオロエチ レン（ＰＴＦＥ）または他の疎
水性材料を含み入れることであった。流動経路内で電気化 学プロセス中に
生成された気泡が増大し、それによって分流が遮断される。このようなア 
プローチは、セルの入口および出口近くで充分なガスが発達する場合には
機能するが、商業規模のＡＥＭ水電解装置については、セルのカソードお
よびアノードへの入口近くにはほとんどまたは全く気泡が存在せず、溶液
の流速が高く気泡が蓄積しないことから、このアプローチは機能しない。
したがって、分流を削減するための異なるアプローチが求められる。
【００７７】図１ＡのＡＥＭ電解装置設計は、分流を削減するために以下
の２つの異なるアプローチ を利用する：
（ａ）連結用管（パイプ）１１１、１１２、１１３、１２１、１２２、１
２３、１３１、 １３２、１３３、１４１、１４２および１４３は全て非導
電材料で形成され、こうして金 属を介した電子伝導による分流の経路を除
去する。
（ｂ）マニホルドを通って戻るイオン経路は長く、こうしてアノード１０１
ａからアノード１０２ａまで流動するイオンは極めて少ないものとなる。

【００７８】図３は、セル１０１および１０２のアノード間の最短イオン
伝導経路を例示している。 この場合、最短伝導経路２００は、接続金具近
くのアノード上の点からパイプ１１１を通 って下へ、アノード入口マニホ
ルド１１０を通り、パイプ１１２を通って上へ戻るように 延在する。
【００７９】スタック内の各セルについて、スタック内の異なるセルのア
ノード間の最短イオン伝導経路（Ｌａｎｏ）の長さが、
　Ｌａｎｏ＞１０＊ｔ＊σｓｏｌ／σｍｅｍ（４）
である場合、セル電流の５％未満まで分流を低下させることができる、と
いうことが発見された。なお式中、ｔは膜厚みであり、σｓｏｌはＳ／ｃｍ
単位で表わしたアノード内に補給中の溶液の伝導率であり、σｍｅｍは、動
作温度で溶液中において測定された膜のイ オン伝導率である。典型的に、
σｍｅｍは６０℃で１ＭのＫＯＨ中において測定される。
【００８０】Ｌａｎｏは、以下の方法によって計算される：
（ａ）セルを付番する：１、２、３、・・・；
（ｂ）全てのセル対のリストを作成する；
（ｃ）セルｉのアノードとセルｊのアノードの間の最短イオン伝導経路（
Ｌａｎｏ（ｉ， ｊ）、）を、スタック内の全てのセル対について計算する；
（ｄ）Ｌａｎｏは、計算された全てのＬａｎｏ（ｉ，ｊ）値の最小値に等
しい。
【００８１】
　例えば、スタックが１、２、３および４と付番された４つのセルを有す
る場合、６つの セル対（１，２）、（１，３）、（１，４）、（２，３）、
（２，４）、（３，４）が存 在する。このとき、Ｌａｎｏ（１，２）、Ｌ
ａｎｏ（１，３）、Ｌａｎｏ（１，４）、Ｌａｎｏ （２，３）、Ｌａｎｏ
（２，４）、Ｌａｎｏ（３，４）が計算または測定されるであろう。Ｌａ
ｎｏ＝最小値（Ｌａｎｏ（１，２）、Ｌａｎｏ（１，３）、Ｌａｎｏ（１，
４）、Ｌａｎｏ（２ ，３）、Ｌａｎｏ（２，４）、Ｌａｎｏ（３，４））。
【００８２】同様にして、隣接するアノード間の分流は典型的に：
　　Ｌａｎｏ＞５０＊ｔ＊σｓｏｌ／σｍｅｍ（５）
である場合、セル電流の１％未満となる。
【００８３】カソード間の分流も同様に考慮しなければならない。隣接す
るカソード間の分流は：
　Ｌｃａｔ＞１０＊ｔ＊σｓｏｌ／σｍｅｍ（６）
である場合、セル電流の５％未満となる。なお式中、Ｌｃａｔは、以下の
方法によって計算されるスタック内の２つの異なるセルのカソード間の最
短イオン伝導経路の長さである ：
（ａ）セルを付番する：１、２、３・・・；
（ｂ）全てのセル対のリストを作成する；
（ｃ）セルｉのカソードとセルｊのカソードの間の最短イオン伝導経路（
Ｌｃａｔ（ｉ， ｊ））を、スタック内の全てのセル対について計算する；
（ｄ）Ｌｃａｔは、計算された全てのＬｃａｔ（ｉ，ｊ）値の最小値に等
しい。
【００８４】同様にして、隣接するカソード間の分流は：
　　Ｌｃａｔ＞５０＊ｔ＊σｓｏｌ／σｍｅｍ（７）
である場合、セル電流の１％未満となる。
【００８５】図４は、実際のＡＥＭ水電解装置の例示である。電解装置は、
セル２０１、２０２および２０３をカソードヘッダ２２０に連結するため
の長い管２２１、２２２および２２３を 有することに留意されたい。長い
管は、分流を最小限に抑えるかまたは少なくとも軽減する。
【００８６】　具体例２
　図１Ａのアノード入口マニホルド１１０は、スタックの外部にある。具
体例２は、入口 マニホルドがスタックの内部にあり金属板から絶縁されて
いるＡＥＭ水電解装置の代替的 設計を記述している。


【００８７】　図５は、内部入口マニホルドを伴うこのような設計を例示
している。図示されているス タックは、セル３０１、３０２、３０３、３
０４および３０５を含む。セル３０５は、以 下のものを含む：
（ａ）所与のセルのアノードおよび隣接するセルのカソードとして役立つ
双極板３５５；
（ｂ）プラスチックフレーム３６５；
（ｃ）アノードヘッダ３１０として役立つプラスチックフレームを通る開
口部；
（ｄ）アノードヘッダ３１０とアノードＧＤＬ３７５の間の連結部として
役立つノッチ３ 
１５；
（ｅ）アノードヘッダ３１０およびノッチ３１５から双極板３５５を隔離
する絶縁用ガス 
ケット３８５；および（ｆ）カソードヘッダとして役立つ第２の孔３２０。
【００８８】
　このような場合、最短イオン伝導経路は隣接するアノード／双極板の間
にない可能性が ある。その代りに、最短イオン伝導経路は、１つのセル内
のアノードＧＤＬと第２のセル 内のアノードＧＤＬの間にあり得る。その
場合、等式４、５、６および７を以下の等式で 置き換える必要がある：
　ＬＧＤＬＡ＞１０*ｔ*σｓｏｌ／σｍｅｍ  （８）
　ＬＧＤＬＡ＞５０*ｔ*σｓｏｌ／σｍｅｍ  （９）
　ＬＧＤＬＣ＞１０*ｔ*σｓｏｌ／σｍｅｍ  （１０）
　ＬＧＤＬＣ＞５０*ｔ*σｓｏｌ／σｍｅｍ  （１１）
　なお式中、ＬＧＤＬＡは、スタック内の１つのセルのアノードＧＤＬと
スタック内の別 のセル中のアノードＧＤＬの間の最短イオン伝導経路の長
さである。ＬＧＤＬＣは、スタ ック内の１つのセルのカソードＧＤＬとス
タック内の別のセル内のカソードＧＤＬの間の 最短イオン伝導経路の長さ
である。
【００８９】　ＬＧＤＬＡは、以下の方法によって計算される：
（ａ）セルを付番する：１、２、３、・・・；
（ｂ）全てのセル対のリストを作成する；
（ｃ）セルｉのアノードＧＤＬとセルｊのアノードＧＤＬの間の最短イオ
ン伝導経路（ＬＧＤＬＡ（ｉ，ｊ））を、スタック内の全てのセル対につ
いて計算する；
（ｄ）ＬＧＤＬＡは、計算された全てのＬＧＤＬＡ（ｉ，ｊ）値の最小値に
等しい。
【００９０】　ＬＧＤＬＣは、以下の方法によって計算される：
（ａ）セルを付番する：１、２、３、・・・；
（ｂ）全てのセル対のリストを作成する；
（ｃ）セルｉのカソードＧＤＬとセルｊのカソードＧＤＬの間の最短イオ
ン伝導経路（ＬＧＤＬＣ（ｉ，ｊ））を、スタック内の全てのセル対につ
いて計算する；
（ｄ）ＬＧＤＬＣは、計算された全てのＬＧＤＬＣ（ｉ，ｊ）値の最小値
に等しい。
【００９１】
　等式９および１１が満たされた場合、分流は総セル電流の１％未満となる。
【００９２】
　本発明の特定の要素、実施形態および利用分野が図示され説明されてき
たが、本発明は それに限定されず、当業者であれば特に以上の教示に照ら
して本開示の範囲から逸脱する ことなく修正を行なうことができることが
理解される。
【００９３】以上に示された実施例は、単なる例示であり、当該電気化学
デバイスの考えられる全ての実施形態、利用分野または修正の網羅的リス
トであるように意図されたものではない。したがって、当業者には、本発
明の範囲または精神から逸脱することなく本発明の記述された方法および
システムのさまざまな修正および変形形態が明らかとなるものである。本 
発明は、具体的実施形態に関連して説明されてきたものの、請求されてい
る通りの本発明はこのような具体的実施形態に不当に限定されるべきでは
ないということを理解すべきである。実際、本発明の実施を目的とする、
記載されている態様のさまざまな修正が化学技術または関連分野の当業者
にとって明白であり、添付クレームの範囲内に入るように意図されている。

　
　

✳️ レアメタルフリー・高効率な水電解酸素生成触媒
       層間に局在する陰イオンが普遍金属である鉄を活性化
12月5日 ,東京科学大学の研究グループは、酸フッ化物Pb₃Fe₂O₅F₂が、同
じ元素で構成され結晶構造の異なるPbFeO₂Fよりも非常に高い酸素生成活
性を持つことを発見。詳細な解析の結果、層状ペロブスカイト構造を持つ
Pb₃Fe₂O₅F₂の層間に局在するフッ素（F）の高い電子求引性^[が酸素生成の
活性点の鉄（Fe）に作用することで高い活性が得られることを明らかにし
ている。これにより、貴金属・希少金属を使わず、陰イオンの組み合わせ
で酸素生成電極触媒の活性を向上させる構造設計指針を新たに示している。
この研究は、研究グループは、リンゴ酸を用いたゾル－ゲル法^[と呼ばれる
固体材料合成法を活用することで、鉄原子同士が近接する構造で結晶化し
た鉄とカルシウムを含む複合酸化物触媒CaFe₂O₄を合成図2）。このCaFe₂
O₄について、密度汎関数理論（DFT） による第一原理計算により、水電解
の正極反応の反応中間体を解析したところ、CaFe₂O₄粒子表面で近接する
鉄3原子が反応サイトを担い、反応中間体が橋掛け構造を形成した吸着構造
を有するという特異な反応メカニズム（multi-iron-siteメカニズム）の存
在が明らかにした（図3）。このmulti-iron-siteメカニズムと、鉄1原子が
反応サイトとなる既知のメカニズムを比較したところ、multi-iron-siteメ
カニズムを経由する反応のほうがエネルギー的に有利であることがわかり
CaFe₂O₄が触媒として高い性能を有することを予測している。
【掲載論文】
・Titol：Efficient Oxygen Evolution Electrocatalysis on CaFe₂O₄ and its
　Reaction Mechanism （CaFe₂O₄の効率的酸素発生電気化学触媒作用と
　その反応メカニズム）
・Paper：ACS Applied Energy Materials
・DOI :10.1021/acsaem.0c02710
・プレスリリース 極めて安価な金属で世界トップクラスの活性を持つ水電
　解用触媒を開発—持続可能な水素社会実現へ大きく前進

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　このl項了

　　新年のロック・ロール『時代遅れのRock’n’Roll Band』

● 今日の言葉：まぁ、行けるところまで行くか？！

　　        　   　　春が来ても、鳥たちは姿を消し、鳴き声も聞こえない。
　　　　　　      　　　       　　　 春だというのに自然は沈黙している。

　　　　　　　　　                　　　レイチェル・カーソン 『沈黙の春』   
　　　　　　　　　　　　　　　　      　　     (因果報応の季節風)より