東北大学 研究水の電気分解に使われる酸化物電極触媒表面の自発的な構造変化を放射光で観察
【注目の成果：共同研究・産学連携のためのチェックポイント】
 | 再生可能エネルギーの貯蔵を無駄なく行うために必要な触媒の開発に、原子スケールの構造情報が利用できるように |
【産学連携対象 全学共通分野 Discovery Saga】
【持続可能な開発目標（SDGs）】
【Sagaキーワード】
再生可能エネルギー/コバルト酸化物/放射光/太陽/太陽光/電気分解/電極触媒/貴金属/ペロブスカイト/電解液/持続可能/持続可能な開発/太陽光発電/界面構造/コバルト/固液界面/酸化物/電気化学/二酸化炭素/風力発電/物質移動/表面構造/水素ガス/構造変化
2025年10月 7日 11:00
研究者情報
〇大学院理学研究科物理学専攻 教授 若林裕助研究室ウェブサイト
発表のポイント
水の電気分解において、電極触媒（注1）表面でどのようなプロセスで化学反応が進行するかを知るために必要な表面の原子配置を、放射光を利用して観察しました。今回研究したコバルト酸化物では、高機能触媒と類似の構造が電気化学環境下で自発的に形成され、それに伴い触媒活性も変化することを発見しました。
再生可能エネルギーの貯蔵を無駄なく行うために必要な触媒の開発に、原子スケールの構造情報が利用できるようになります。
発表概要
不安定な太陽光発電や風力発電で得られる再生可能エネルギーを安定的に活用するため、水を電気分解して水素ガスの形でエネルギーを貯蔵する、いわゆるグリーン水素の技術がCO2排出削減に有効です。そのため、高効率に水の電気分解を起こす電極触媒が広く研究されています。東北大学大学院 理学研究科の若林 裕助 教授 を中心とした研究グループは、神戸大学大学院 工学研究科の宮崎晃平 教授らと共同で、水の電気分解が生じる電極と電解液の界面の原子配置が、時間とともに変化していく様子を、放射光を用いた界面構造解析で明らかにしました。貴金属を含まない代表的な酸化物電極触媒材料であるペロブスカイト型コバルト酸化物La0.6Sr0.4CoO3薄膜の構造を詳細に調べ、電気化学環境下にしばらく保持する事で、図1左から右の表面構造の変化が生じていることがわかりました。自発的に形成されたこの表面構造は、非常に高効率なコバルト-鉄酸化物電極触媒表面で提案されている構造と類似しています。固液界面での物質移動の様子を捉え、その性質が構造とどう対応しているかをより精細に知ることができるようになりました。
本研究成果は2025年10月3日に米国化学会の学術誌ACS Applied Materials & Interfacesにオンライン掲載されました。
図1. (左)真空中での La0.6Sr0.4CoO3薄膜の表面構造。CoO6八面体が頂点共有した構造である。図の下側が電極内部，上側が外部である。(右)電気化学環境下でしばらく保持した後の表面構造。図の上部に辺共有の構造が形成されている。
用語解説
注1. 電極触媒：電気分解では電極が必要であるが、その電極の表面が触媒として働き、電気分解に必要な電位を下げられる場合、そのような材料を電極触媒と呼ぶ。論文情報
タイトル：Surface Structure Modulation of La0.6Sr0.4CoO3 Films on SrTiO3 (001) Substrate under Electrochemical Conditions著者：Atsuro Fujisawa, Xuhui Xu, Yuta Ishii, Hidekazu Shimotani, Yuta Inoue, Yuto Miyahara, Kohei Miyazaki, and Yusuke Wakabayashi*
*責任著者 東北大学大学院理学研究科物理学専攻 教授 若林裕助
掲載誌：ACS Applied Materials & Interfaces
DOI：10.1021/acsami.5c11807
詳細（プレスリリース本文）
問い合わせ先
（研究に関すること）東北大学大学院理学研究科物理学専攻
教授 若林 裕助（わかばやし ゆうすけ）
TEL：022-795-7750
Email：wakabayashi*tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
（報道に関すること）
東北大学大学院理学研究科
広報・アウトリーチ支援室
TEL：022-795-6708
Email：sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）
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