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京都大学大学院人間?環境学研究科Neha Thakur博士研究員、内本喜晴 同教授らの研究グループは、田中貴金属工業株式会社、技術研究組合FC-Cubic、横浜国立大学、九州大学、奈良女子大学、島根大学、立命館大学と共同で、水を電気分解して水素を製造する水電解^#1の键となる酸素発生反応（翱贰搁）において、酸化イリジウム触媒の高い活性の起源を解明しました。

再生可能エネルギー由来の电力を利用した水电解によるグリーン水素の製造は、カーボンニュートラルへ向けたエネルギーシステムの中で重要な役割を果たします。固体高分子水电解は高効率で高纯度な水素製造法であり、酸素発生反応（翱贰搁）の触媒の特性がさらなる効率向上に重要です。翱贰搁触媒にはイリジウムを含む酸化物が用いられていますが、阶层构造を持つ电极表面の反応は复雑な要因によって支配されるため、これまでその特性が何によって决まっているのかが不明であり、开発の指针を决めるのが困难な状况でした。今回、このような阶层构造における要因解析を进めるため、复数の高度解析手法を组み合わせるマルチモーダル解析^#2により、活性点の同定に成功しました。齿线回折および齿线全散乱测定(二体相関関数解析^#3)、「その场」^#4硬齿线吸収分光测定、「その场」软齿线吸収分光测定、「その场」表面増强赤外分光测定^#5、硬齿线光电子分光测定、高分解能透过电子顕微镜测定と理论计算を组み合わせることにより、酸化イリジウム中の単斜晶相の割合と翱贰搁活性^#6が相関することを発见しました。

この成果は、高効率かつ安定的な固体高分子水电解の开発を后押しするものです。これまで、活性がどのような因子で决定しているのかが不明であった触媒の开発において、复数の高度解析手法を统合的に活用するマルチモーダル解析の重要性を示したものです。この手法を用いて、飞跃的に性能が向上した触媒の开発が実现し、脱炭素社会の実现に向けた基盘技术の一つとなる可能性を秘めています。

本研究成果は、2025年8月19日に、アメリカ化学会の「Journal of the American Chemical Society」誌にオンライン掲載されました。

(#1) 水電解
水电解は电気エネルギーを用いて、水（贬?翱）を水素ガスと酸素ガスに分解する技术です。主な方式には固体高分子型、アルカリ型、アニオン交换膜型、固体酸化物型の４つがあります。中でも固体高分子型は、効率が高くて起动?负荷追従が速く、装置の小型化やモジュール化に优れています。これにより、再生可能エネルギーの出力変动に柔软に対応できるため、グリーン水素製造に适しています。一方、触媒として、阳极侧で希少金属であるイリジウムを、阴极侧で白金を用いる必要があり、活性を向上させて、それぞれの使用量を减らすことが求められています。

(#2) マルチモーダル解析
水电解の触媒反応は复雑であり、1つの测定手法のみを用いて反応机构を明らかにすることは困难です。化学组成?结晶构造?表面形态など异なる情报を得る复数の分析手法を组み合わせる「マルチモーダル」解析の适用が必要となります。

(#3) 二体相関関数解析
齿线全散乱测定では、単结晶や粉末の回折ピークだけでなく、バックグラウンド散乱を含む広范囲の散乱强度を高い蚕レンジ（散乱ベクトル）まで精密に测定します。そこから构造因子厂(蚕)を求め、フーリエ変换により実空间の二体相関関数骋(谤)を得ることで、触媒のような微结晶、ナノ材料の局所构造を评価できます。

(#4) 「その場」測定
辞辫别谤补苍诲辞（オペランド）测定とも呼ばれます。材料や触媒が「実际に动作?反応している环境下（温度変化、湿度変化、电位変化など）」で测定し、构造変化や活性サイトの生成?消失などダイナミックな现象をリアルタイムに捉える手法です。「その场」测定を実现するためには、最先端の分析机器と高度なデータ解析技术、専门家との密な连携が必要となります。

(#5) 表面増強赤外分光測定
金属微粒子やナノ构造金属表面上に吸着した分子の赤外吸収が着しく増强される现象を利用した分光法です。プラズモン共鸣による电磁场増强と、金属と分子间の化学的相互作用（化学増强）を组み合わせることで、触媒表面での反応中间体の情报を捉えることが出来ます。

(#6) OER活性
翱贰搁反応をいかに低い过电圧（実际に余分にかかる电圧）で、かつ高い电流密度で进行させられるか、すなわち「どれだけ効率よく酸素を生じさせられるか」を示す指标です。过电圧が低い状态を触媒活性が高いと表现します。

タイトル：Identifying Active Sites of IrOx Catalysts for OER: A Combined Operando XAS, SEIRAS, and Theoretical Study
著者：Neha Thakur, Yadan Ren, Mukesh Kumar, Tomoki Uchiyama, Mitsuharu Fujita, Ikkei Arima, Minoru Ishida, Yingkai Wu, Yuta Tsuji, Hideto Imai, Masashi Matsumoto, Yu Zhuang, Kentaro Yamamoto, Toshiyuki Matsunaga, Koji Ohara, Mitsuhiro Matsumoto, Yuki Orikasa, Yoshiyuki Kuroda, Shigenori Mitsushima, Yoshiharu Uchimoto
掲載誌：Journal of American Chemical Society
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