株式会社TRIM（总部：大阪市，董事长：森泽绅胜）与东京大学未来展望研究中心共同进行关于电解氢水^※1潜在效果的根源的研究，并向英国Nature Research公司发行的自然科学杂志《科学报告》投稿了相关论文，已于2020年6月23日（英国当地时间10:00）刊登在该杂志上。

本研究中，东京大学和株式会社TRIM重点研究了安装在电解水整水器上的铂涂层电极，并分析了其性能。

结果，在电解氢水的产生过程中，发现了关于铂涂层电极的以下现象。

研究目的

确定整水器生成的电解氢水的潜在效果的根源

结果

（1）铂涂层电极生成氢水时，氢分子（H₂）产生效率非常高。特别是覆盖着铂纳米颗粒的单层（约100nm）（图1）电极生成效率最高，单位电流的氢分子（H₂）生成效率达到92%，超过了近年报道的金属/碳基材的电解催化剂。

图1：镀有单层铂纳米颗粒的电极表面（电子显微照片）

（2）保留在铂纳米粒子中的是高反应性氢（H・）。在水电解过程中，水中的三要素——水分子，水合氢离子（H₃O⁺）和羟离子（OH^-）有规律地吸附在铂纳米粒子的Pt（111）表面上，水合氢离子接收电子，分解为高反应性氢（H・）和水分子。大部分高反应性氢（H・）形成氢分子（H₂），但有些扩散并保留在铂纳米粒子内部（图2b）。包含高反应性氢（H・）的一部分铂纳米粒子从电极脱离，释放到电解氢水中。因此，电解氢水中至少存在2.2ppb的铂纳米颗粒（表1）。

图2：铂纳米粒子单层涂覆电极产生电解氢水

H₃O⁺：水合氢离子 H・：高反应性氢

表1：电解氢水中铂的定量结果

*使用孔径为20 nm的氧化铝过滤器。通过后铂浓度降低，表明电解氢水中存在尺寸为20nm及以上的铂纳米粒子。

结论

电解氢水之所以具有抗氧化作用、胃肠功能的改善作用以及各种潜在效果，部分源于其中的氢分子（H₂），而本研究推测其真正根源在于保留在铂纳米颗粒中的高反应性氢（H・）。

研究方法

制作了三种类型的铂涂层电极（^※2），铂纳米颗粒涂层厚度分别为单层（约100nm）、双层（200nm）以及多层（750nm），并测定电解氢水生成过程中水中的①氢浓度以及②氢气产生效率。

①氢浓度：将氢分子转移到密闭容器的空隙中，通过气相色谱法进行测量。

②氢气产生效率：使用实验设备通过电化学方法进行，根据电荷量和氢气产生量算出。

电解氢水中的铂含量通过ICP-MS（电感耦合等离子体质谱法）测量。使用20nm孔径的氧化铝过滤器，通过捕集阱后观察到铂浓度降低的现象，从而确认了铂纳米颗粒的存在。通过电子显微镜等分析电极表面。

注释：

※1：由家用医疗设备产生的饮用水，可改善胃肠道症状，其含有氢分子（H₂），且通过水电解具有碱性和抗氧化性。

※2：在钛板的表面覆盖有铂纳米粒子的电极。

论文概要

题目：

「Monolayered Platinum Nanoparticles as Efficient Electrocatalysts for the Mass Production of Electrolyzed Hydrogen Water」

共同研究人员：

・东京大学未来展望研究中心教授坂田一郎博士（工学）

・东京大学未来展望研究中心特任教授古月文志博士（工学）

・（当时）四川大学高等分科与工程学院教授王延青博士（工学）

・东京大学大学院工学系研究科藤末智夏博士（工学）

・株式会社TRIM MD室经理兼主任研究员桦山繁博士（农学）

特征性的铂涂层电极是电解氢水对生物产生各种潜在效果的根源