理化学研究所ら、水電解触媒が0℃付近で最も長寿命になることを実験で確認

理化学研究所、東京科学大学、JSTは2026年10月21日、水を電気分解する触媒の寿命と温度の関係を発表した。理化学研究所によると、実験に使った酸化マンガン触媒は0℃付近で最も長持ちした。

何が分かったのか

水の電気分解は、電気エネルギーで水から水素と酸素を作る反応だ。酸素を発生させる際に、反応を助ける触媒が溶け出し、劣化する課題がある。

研究チームは酸化マンガンを使い、硫酸を含む水溶液で電気分解を行った。80℃から-12℃まで温度を変え、酸素の発生と触媒の劣化を調べた。

理化学研究所によると、80℃から0℃付近まで冷やすと、酸素の発生は遅くなった。一方、触媒の劣化は、それよりも強く抑えられたという。一定の電流を流す寿命試験でも、0℃付近が最も長寿命だったとしている。

かんたんに言うと、速さと長持ちは別

触媒とは、化学反応を促しながら、それ自体は消費されない物質だ。ただし、今回のように溶け出すことで劣化する場合がある。

身近なたとえなら、反応を助ける道具の「作業の速さ」と「道具の傷みにくさ」を別々に調べた実験だ。冷やした結果、作業は遅くなったが、道具の傷みはさらに抑えられた、という関係に当たる。

ただし、冷やせば冷やすほどよいわけではない。理化学研究所によると、0℃以下では逆に、温度を下げるほど触媒の劣化が速くなった。

凍らない水の状態に着目

通常は、温度が高いほど化学反応は速くなる。ところが今回、0℃以下では、冷やすほど劣化が速くなる現象が見られた。

研究チームは、通常は凍る0℃を下回っても液体のままの「過冷却水」に着目した。光を当てて分子の振動などを調べるラマン分光法で、水の構造を分析した。

理化学研究所によると、過冷却状態では、水分子同士を結び付ける水素結合のつながり方が大きく変わったという。同研究所は、この水の状態変化が触媒の溶出を速めた可能性を示した。

まとめ

今回の成果は、実験した酸化マンガン触媒について、0℃付近で長寿命になることを示したものだ。反応の速さと、劣化のしにくさを分けて考える点が重要になる。

理化学研究所は、水の構造が触媒反応に及ぼす影響の解明を今後の課題に挙げる。理解が進めば、温度調整によって反応の活発さと安定性を両立する設計につながる可能性がある。