コバルト共添加ナノ多孔質Fe3P自己支持電極によるアルカリ性水素発生の強化
Co-Doped Nanoporous Fe3P Self-Supported Electrodes for Enhanced Alkaline Hydrogen Evolution
Fe75Co5P20前駆体合金の真空高周波誘導溶解・急冷と電気化学的脱合金化により、コバルト共添加ナノ多孔質Fe3P自己支持電極を作製した。構造解析により、脱合金化はα-Fe相を選択的に除去しFe3P骨格を維持することで、三次元ナノ多孔質構造が形成されることが示された。XPS分析はコバルトの導入を確認し、FeとPの局所化学環境が変化したことを明らかにした。コバルト導入とナノ多孔質構造の相乗効果により、np-Co-Fe3Pは1.0 M KOH中で顕著に改善された水素発生反応(HER)性能を示し、10 mA cm−2到達に必要な過電圧は70 mVであり、np-Fe3P(199 mV)よりも大幅に低かった。さらに、np-Co-Fe3Pは94 mV dec−1のより小さな Tafel 傾き、低い電荷移動抵抗、109.4 mF cm−2のより大きな二重層静電容量を示した。本研究は、コバルト導入と脱合金化由来のナノ多孔質構造の組み合わせにより、Fe系リン化物のアルカリ性HER性能を向上させる効果的な戦略を示すものである。
- コバルト共添加ナノ多孔質Fe3P自己支持電極(np-Co-Fe3P)が開発され、10 mA cm−2到達に必要な過電圧がnp-Fe3Pの199mVから70mVに大幅改善
- np-Co-Fe3Pは94 mV dec−1のTafel傾きと109.4 mF cm−2の二重層静電容量を示し、水素発生反応(HER)性能が顕著に向上
本記事は、水電解による水素製造の効率を大幅に改善する可能性がある新電極材料に関する研究成果。np-Co-Fe3P電極は従来のnp-Fe3Pと比較して過電圧を199mV→70mVに低減しており、アルカリ水電解での水素製造コスト低減に直結する可能性がある。現時点では基礎研究段階だが、水素製造スタートアップや触媒材料ベンチャーへの技術ライセンス、あるいは電解装置メーカーとの連携が今後の実用化の鍵となる。エネルギーの脱炭素化に向けた水素関連投資の文脈では、注目すべきマテリアルズ・イノベーションの一つ。