| Project/Area Number |
19J13875
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
小林 駿 山梨大学, 医工農学総合教育部, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 酸素還元反応 / 水素発生反応 / 単結晶 / 固体高分子形燃料電池 / 固体高分子形水電解 / 合金ナノ粒子触媒 / 水素社会 |
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| Outline of Research at the Start |
CO2フリーの水素社会を実現するためには、固体高分子形燃料電池(PEFC)と固体高分子形水電解(PEWE)が重要な技術の一つとなっている。しかしPEFCの電極触媒上で起こる酸素還元反応(ORR)と、PEWEで起こる水素発生反応(HER)には、多量のPt触媒が必要となり高コストの主要因であった。これまでにPt触媒を合金化すると両反応の活性が向上する事が見出されている。そこで本研究では、実用合金ナノ粒子触媒のモデル電極として、合金組成を制御したPt-Co合金単結晶電極の低指数面における活性と、表面構造、層毎の組成及び電子構造の多角的な解析により活性増大機構を明確にして次世代触媒の設計指針を得る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
将来的にCO2フリーの水素社会を実現するため、固体高分子形燃料電池(PEFC)のカソード(空気極)での酸素還元反応(Oxygen Reduction Reaction:ORR)と固体高分子形水電解(PEWE)のカソード(水素極)での水素発生反応(Hydrogen Evolution Reaction:HER)の2つに対して研究を行った。
現在実用化されているPtやPt合金のナノ粒子表面は(111),(100),(110)の基本低指数面から構成されている。特に(111)面においてORR活性のCo組成依存性は著しく大きい事が見出されている。よって本研究では、バルクCo組成を変化させたPt-Co(111)面に対して、多角的な解析をすることによってORR活性向上因子を明らかにした。今回の研究によって、水素熱処理後のPt3Co(111)電極のみ特異的な表面構造を取っていることが初めて明らかとなった。ORR活性もバルクCo組成ではなく、表面第2層目のCo組成に依存することも明らかにした。すなわち、Pt3Co(111)電極は特異的な表面構造により極めて高いORR活性が発現している可能性が示唆された。これより次世代のPEFCカソード触媒における合金表面構造制御という重要な設計指針を明確に示すことが出来た。
Pt-Co合金ナノ粒子触媒は、HERに対しても高い活性が期待できる。低Pt量で高いHER活性を有する次世代ナノ合金触媒の設計指針を明確にする目的で、まず、HER活性に対する表面原子配列の効果を調べた。これまでに表面構造も明らかにしてきたPt3Co(111),(100),(110)単結晶を用いて水素飽和電解液においてHER活性を初めて測定した。さらにDFT計算と連携して、水素原子の吸着エネルギーに対する表面原子配列とその直下層の合金組成の効果を調べ、HER機構を明らかにした。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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