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水分子のパートナーを変えて水素生成のスピードを上げる

革新的な実験手法をラマン分光法や計算と組み合わせることで、電極触媒表面における水の構造のわずかな変化が水素生成反応を加速し得ることが明らかになった。この触媒過程を発展させれば、クリーン燃料の供給増大に役立つ可能性がある。

水素を燃料として用いる燃料電池自動車（FCV）は、走行中に二酸化炭素を排出しないことから、環境に優しい車として注目されている。 Credit: ONURDONGEL / ISTOCK / GETTY IMAGES PLUS

電極と電解質溶液の界面で起こる電気化学反応において、電極自体が触媒となって反応を促進する「電極触媒」は、再生可能エネルギーを水素などのグリーン燃料に変換できることから、持続可能な世界経済に大きく貢献すると期待されている1。このたび、厦門大学（中国福建省）のYao-Hui Wangら2は、固体電極と電解質水溶液の界面における水の構造が、電極触媒反応の速度にいかに影響を及ぼすかについての分子的理解を大きく進展させ、その詳細をNature 2021年12月2日号81ページで報告した。今回得られた知見の数々は、電極触媒反応における反応選択性とエネルギー効率の向上に役立つ可能性がある。

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翻訳：藤野正美

Nature ダイジェスト Vol. 19 No. 3

DOI: 10.1038/ndigest.2022.220337

原文

Choreographing water molecules to speed up hydrogen production
  • Nature (2021-12-02) | DOI: 10.1038/d41586-021-03511-5
  • Matthias M. Waegele
  • Matthias M. Waegeleは、ボストンカレッジ（米国）に所属。

参考文献

  1. Katsounaros, I. & Koper, M. T. M. in Electrochemical Science for a Sustainable Society (ed. Uosaki, K.) 23–50 (Springer, 2017).
  2. Wang, Y.-H. et al. Nature 600, 81–85 (2021).
  3. Kumar, R., Schmidt, J. R. & Skinner, J. L. J. Chem. Phys. 126, 204107 (2007).
  4. Velasco-Velez, J.-J. et al. Science 346, 831–834 (2014).
  5. Tuladhar, A. et al. J. Am. Chem. Soc. 142, 6991–7000 (2020).
  6. Gopalakrishnan, S., Liu, D., Allen, H. C., Kuo, M. & Shultz, M. J. Chem. Rev. 106, 1155–1175 (2006).
  7. Sovago, M. et al. Phys. Rev. Lett. 100, 173901 (2008).
  8. Ataka, K., Yotsuyanagi, T. & Osawa, M. J. Phys. Chem. 100, 10664–10672 (1996).
  9. Schultz, Z. D., Shaw, S. K. & Gewirth, A. A. J. Am. Chem. Soc. 127, 15916–15922 (2005).
  10. Remsing, R. C., McKendry, I. G., Strongin, D. R., Klein, M. L. & Zdilla, M. J. J. Phys. Chem. Lett. 6, 4804–4808 (2015).
  11. Ledezma-Yanez, I. et al. Nature Energy 2, 17031 (2017).