マルチモーダル解析で酸素発生反応（OER）の鍵を握る“活性点”を特定：酸化イリジウム触媒の構造が高性能の秘密を握る〜水電解によるグリーン水素社会実現へ新たな一歩〜

　Neha Thakur 人間・環境学研究科特定研究員、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の鍵となる酸素発生反応（OER）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電力を利用した水電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。固体高分子水電解は高効率で高純度な水素製造法であり、酸素発生反応（OER）の触媒の特性がさらなる効率向上に重要です。OER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、階層構造を持つ電極表面の反応は複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決まっているのかが不明であり、開発の指針を決めるのが困難な状況でした。今回、このような階層構造における要因解析を進めるため、複数の高度解析手法を組み合わせるマルチモーダル解析により、活性点の同定に成功しました。X線回折およびX線全散乱測定（二体相関関数解析）、「その場」硬X線吸収分光測定、「その場」軟X線吸収分光測定、「その場」表面増強赤外分光測定、硬X線光電子分光測定、高分解能透過電子顕微鏡測定と理論計算を組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OER活性が相関することを発見しました。

　この成果は、高効率かつ安定的な固体高分子水電解の開発を後押しするものです。これまで、活性がどのような因子で決定しているのかが不明であった触媒の開発において、複数の高度解析手法を統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、飛躍的に性能が向上した触媒の開発が実現し、脱炭素社会の実現に向けた基盤技術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、国際学術誌「Journal of the American Chemical Society」にオンライン掲載されました。