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2015年10月10日 震災から復旧 米沢高等工業学校本館

【ナレッジ】 酸素過電圧について教えてください

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単純に交流って言われても困るのですが、商用電源の100Vの交流をそのままかけるのは、電解液の分解や電極自体の還元が起ったりして無理でしょう。でも、普通の電解程度の交流をかけるのだとしたら、問題は何もないと思いますよ。もう少し詳しく条件をお話いただければ、より適切なアドバイスができると思います。

渡辺正、中林誠一郎、電子移動の化学(朝倉書店)、p122の表7.1に数種の電極の水素過電圧、酸素過電圧が出ています。その表ではRuO2電極の酸素過電圧=0.1Vと出ています。酸素過電圧や水素過電圧の明確な定義は無いのですが、この本では0.1 mA/cm2の電流密度を流すのに要する過電圧として数字を出していますね。

但し、RuO2にしろIrO2にしろ、寸法安定化電極(Dimensionally Stable Electrode,DSE)、あるいは寸法安定化アノード(Dimensionally Stable Anode, DSA)といわれているように、酸化反応を行わせるアノード材として適したもので、酸素過電圧の小さな電極材ですし、塩素発生に対しても優れた電極触媒能を持っているものです。つまり、アノードとしては使えるけど、カソードには使えない材料なんです。その理由は、以下の電位を見ていただければご理解いただけるかと思います。

RuO2 + 4H+ + 4e ⇔ Ru + 2 H2O Eo=0.68V
IrO2 + 4H+ + 4e ⇔ Ir + 2H2O Eo=0.926V

要するに、RuにしてもIrにしても、貴金属の類で、貴金属とはその酸化還元電位が貴な金属材料のことを言うのです。上記の電位から容易に想像できると思いますが、水素発生(Eo=0V)を行わせようとすると、これらの酸化物は還元してしまい、金属になってしまうんです。これらの金属は水素発生に対して過電圧がが低い、白金と似たような特性を示す材料なので、水素過電圧は小さくなります。しかし、せっかく酸化物にしたものを還元してしまうのも変な話ですよね?

ということで、IrO2電極やRuO2電極をカソード材に使うのは利口な発想ではありません。アノード材として使いましょう。