電気化学的触媒作用の促進

化学の領域における電気化学的触媒促進（ EPOC）効果とは、電流または界面電位の存在下で、導電性触媒の触媒反応が著しく増強されるか、触媒特性が大きく変化する現象を指します。非ファラデー電気化学的触媒活性修飾（NEMCA効果）としても知られるこの効果は、電位を印加すると、固体電解質セル上のガスに露出した電極の触媒活性（最大90倍）と選択性を^{向上させることができます。この現象は十分に文書化されており、 O 2− 、Na +、およびプロトン伝導}性固体電解質によって支持されたさまざまな表面（Ni、Au、Pt、 Pd、IrO ₂、RuO ₂）で観察されています。

EPOC効果は、さまざまな不均一触媒反応の選択性に影響を与えるために逆方向にも利用できます。ほとんどの場合、電子伝導性触媒は、固体電解質（O ²⁻または混合O ^{2−電子伝導体）上に堆積された}多孔質膜の形で金属または金属酸化物の状態にあります。EPOC効果は、1980年代初頭にM. StoukidesとC. Vayenasによって初めて発見され、さまざまな研究グループによって、主に気体分子の100を超える不均一触媒反応について広く研究されてきました。^{[ 1 ]} EPOC効果は、電気触媒と熱触媒を密接に結びつけることができる重要な現象として評価されています。^{[ 3 ] [ 4 ]}

EPOC効果は、主に固体電解質と組み合わせた数種類の金属または金属酸化物触媒を用いた幅広い触媒反応で観察されます。水素化、脱水素化、酸化、還元、異性化、化学分解などの多様な触媒反応は、 O ²⁻ (YSZ )、Na + または K + 、H + 、F − 、水、 CeO ₂^{導体、溶融塩上に堆積されたさまざまな遷移金属および酸化物触媒 (例えば、Pt、Pd、 Rh} 、 Ag ^、 Au 、 Ni、 ^Cu、 Fe 、IrO ₂、RuO ₂ ) 上で電気化学^的に促進されることが知られています。^{[ 3 ]}これまで報告されているEPOC効果に関する多数の研究の主な焦点と目的は、次のように分類できます。1) 環境または産業的に関心のある特定の触媒反応（例：NOx還元および炭化水素酸化）に対するEPOC効果の例の解明、2) EPOC効果の起源のメカニズム調査（主に酸素イオン伝導性電解質を備えたシステムに焦点を当てる）、3) EPOC効果によって促進される化学反応の大規模な応用と商業化、および新しいコンパクトなモノリシックリアクターの開発、4) 高温または低温燃料電池システムにおけるEPOC効果の利用と組み込み。

固体電解質を用いたEPO​​C現象に関するこれまでの機構的提案では、主に電気化学的分極プロセス中にその場で生成されるスピルオーバー種による導電性触媒表面の局所仕事関数の調整が強調されてきた。 ^{[ 3 ] [ 4 ]}スピルオーバー種は、表面吸着物（中間体）と触媒結合部位間の化学吸着強度をその後調節し、それによって標的反応の速度や選択性に大きな影響を与えることが提案されている。特に、酸素イオン伝導性電解質システムの場合、固体電解質から金属-ガス界面に移動した陰イオンO種が対応するEPOC効果の原因であると示唆されており、表面上の移動した荷電種は、その場分光法によって識別できるという証拠も示されている。一方、EPOCの起源を説明するために局所仕事関数を修正するという仮説は、最近、異なる見解で批判されている^{[ 3 ]。}それは、表面仕事関数は表面反応の理解においてより些細な役割しか果たさない可能性があり、不均一触媒作用はdバンド中心理論などのより新しい概念によって説明される必要があるというものである^{[ 5 ] 。}

高温（通常 200  °C 以上）の固体電解質システムとは対照的に、EPOC は低温水系（特に室温）ではほとんど報告されていません。室温の水系電解質溶液で EPOC が実証された例はわずかです。アルカリ溶液中の Pt 触媒表面でのH _2酸化^{[ 6 ] [ 7 ]} 、ナノ粒子 Pt 触媒で起こる炭化水素異性化反応^{[ 8 ]} 、アルカリ媒体中の Ni 合金触媒で動作するヒドラジン酸化^{[ 9 ]} 、およびPd ベースのガス拡散電極でのCO _2還元^{[ 10 ]です}。高温固体電解質システムの EPOC の例と同様に、液体電解質システムでの EPOC 効果の原因として、局所仕事関数の摂動と中間種の表面結合強度の調整が示唆されていますが、明確な実験的証拠に裏付けられた徹底的な理論的研究は行われていません。ごく最近、ヒドラジン酸化とCO2還元の場合について、_これらの場合に観察されるEPOC現象のメカニズム的起源は、対応する分岐ファラデー反応と非ファラデー反応の構造的に異ならない遷移状態および/または表面に結合した中間種に起因する可能性があるという仮説がさらに提唱された。 ^{[ 9 ] [ 10 ]}

• 不均一触媒
• 電極触媒

• Vayenas, CG; SI Bebelis ; IV Yentekakis; SN Neophytides (1997). 「電気触媒作用と電気化学反応器」。P. Gellings、H. Bouwmeester (編) 『CRC固体電気化学ハンドブック』CRC Press。ISBN 0-8493-8956-9OCLC 35033723​​