IMRAM

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

東北大学
多元物質科学研究所

LAST UPDATE 2025/05/15

  • 研究者氏名
    Researcher Name

    岩瀬和至 Kazuyuki IWASE
    准教授 Associate Professor
  • 所属
    Professional Affiliation

    東北大学 多元物質科学研究所
    Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

    プロセスシステム工学研究部門 超臨界ナノ工学部門
    Division of Process and System Engineering, Supercritical Nano-Engineering
  • 研究キーワード
    Research Keywords

    電極触媒
    ナノ材料
    水電解・二酸化炭素電解
    エネルギー変換

    Electrocatalysts
    Nanomaterials
    Water / CO2 electrolysis
    Energy conversion
研究テーマ
Research Subject
電極触媒の金属活性中心の精密制御による高効率エネルギー変換
Highly Efficient Energy Conversion through Precise Control of Metal Active Sites in Electrocatalysts

研究の背景 Background

持続可能な社会の実現に向けて、高効率な物質・エネルギー変換を可能にする電極触媒の開発が望まれている。中でも、水電解によるグリーン水素製造やCO₂電解によるカーボンリサイクルは、クリーンエネルギー技術として期待されている。これらの反応では、反応効率と選択性を両立する高性能触媒の設計が不可欠である。特に、金属活性中心の配位・電子構造は触媒活性を大きく左右する要因であり、原子レベルでの精密な制御が触媒活性の向上に不可欠である。

The development of electrocatalysts capable of highly efficient material and energy conversion is desired for realizing a sustainable society. Among various approaches, green hydrogen production via water electrolysis and carbon recycling through CO₂ electrolysis are particularly promising as clean energy technologies. In these reactions, designing high-performance catalysts that achieve both high efficiency and selectivity is essential. In particular, the coordination and electronic structure of metal active centers play critical roles in determining catalytic activity. Therefore, its precise control at the atomic level is important for improving catalyst performance.

研究の目標 Outcome

本研究では、次世代のエネルギー変換技術を支える高活性電極触媒の開発を目指している。特にナノ材料に着目し、従来にない合成プロセスの確立に取り組むことで、金属活性中心の配位構造や電子状態を精密に制御した触媒の創成を行う。また、触媒本来の性能を最大限に引き出すためには、反応場の設計も不可欠であると考え、電解反応に最適化された電極界面の構築にも挑戦している。材料設計と反応場制御の両面からアプローチすることで、電極触媒の性能を飛躍的に向上させることを目指している。

This study aims to develop highly active electrocatalysts for next-generation energy conversion technologies. Focusing on nanomaterials, we are establishing innovative synthesis methods to precisely control the coordination structure and electronic state of metal active centers. To maximize catalytic performance, we also design electrode-electrolyte interfaces optimized for electrochemical reactions. Through the integration of materials design and reaction environment engineering, we seek to significantly enhance electrocatalyst performance.

研究図Research Figure

Fig.1. TEM images of Co−N doped carbon as CO2 reduction electrocatalysts.

Fig.2. TEM image of high entropy spinel oxides synthesized by supercritical hydrothermal method. Scale bar: 100 nm. The inset figure is the magnified image (Scale bar: 30nm.)

Fig.3. TEM image of Cu-Al layered double hydroxide as CO2 reduction electrocatalysts.

文献 / Publications

ACS Appl. Energy Mater., 8, 2, 821-829 (2025). ChemElectroChem, 11, 24, e202400518 (2024). Chem. Mater., 35, 7, 2773–2781 (2023). ACS Appl. Energy Mater., 5, 8, 9292–9296 (2022). ACS Appl. Nano Mater., 4, 5, 4994–5003 (2021). ACS Appl. Mater. Interfaces, 13, 13, 15122–15131 (2021).