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Oxygen reduction activity and interfacial structures of La$$_{0.8}$$Sr$$_{0.2}$$CoO$$_{3}$$ at initial electrochemical process in an alkaline solution

アルカリ溶液中でのLa$$_{0.8}$$Sr$$_{0.2}$$CoO$$_{3}$$の酸素還元活性および反応初期過程における界面の構造

松崎 陽*; 平山 雅章*; Oguchi, Shoya*; 粉生 守*; 池澤 篤憲*; 鈴木 耕太*; 田村 和久   ; 荒井 創*; 菅野 了次*

Matsuzaki, Akira*; Hirayama, Masaaki*; Oguchi, Shoya*; Komo, Mamoru*; Ikezawa, Atsunori*; Suzuki, Kota*; Tamura, Kazuhisa; Arai, Hajime*; Kanno, Ryoji*

ペロブスカイト型構造を持つLa$$_{0.8}$$Sr$$_{0.2}$$CoO$$_{3}$$酸素還元(ORR)および酸素発生(OER)反応について、様々な面方位を持つ2次元モデル電極を用いて調べた。パルスレーザー堆積法で合成した薄膜電極を用いることで、ORR反応の面方位依存性を明らかにした。電気化学測定より、1回目のORR/OERサイクルでは、ORRの反応活性は(001)面で最も高かったが、2回目のサイクルでは、活性が著しく低下した。放射光を用いた結晶構造解析を行い、La$$_{0.8}$$Sr$$_{0.2}$$CoO$$_{3}$$のバルクと表面の構造が変化していることがわかった。また、構造変化は酸素欠損サイトの形成によることが明らかになった。さらに、La$$_{0.8}$$Sr$$_{0.2}$$CoO$$_{3}$$の表面が部分的に分解されることも分かった。したがって、ORRおよびOER反応の活性を上げるには、電気化学反応に伴い形成される界面の構造が重要である。

Oxygen reduction and evolution reactions (ORR and OER) of perovskite-type La$$_{0.8}$$Sr$$_{0.2}$$CoO$$_{3}$$ were characterized using two-dimensional model electrodes with different reaction planes. Synthesized by pulsed laser deposition, these thin and flat electrodes can reveal the reaction plane dependence of the ORR activity. From steady-state polarization measurements in KOH (aq.), the ORR activity was the highest on the (001) film during the first ORR/OER cycle, and it decreased significantly during the second cycle. In-situ synchrotron X-ray diffraction clarified crystal structure changes in the bulk and surface regions of La$$_{0.8}$$Sr$$_{0.2}$$CoO$$_{3}$$, and these changes are associated with forming oxygen defects during the initial electrochemical process. Furthermore, the La$$_{0.8}$$Sr$$_{0.2}$$CoO$$_{3}$$ surface partially decomposed upon reacting. Therefore, the interfacial structures formed in the electrochemical reaction field is important for enhancing ORR and OER activities.

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分野:Electrochemistry

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