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密度汎関数法による燃料電池電極反応の解析

Research Project

Project/Area Number 20038035
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionKyoto Institute of Technology

Principal Investigator

小林 久芳  Kyoto Institute of Technology, 工芸科学研究科, 教授 (40128690)

Project Period (FY) 2008 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2009: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000)
Fiscal Year 2008: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Keywords密度汎関数法 / 燃料電池 / 電極触媒 / クラスターモデル / 水素発生反応 / 酵素還元反応 / 電極電位
Research Abstract

電極反応を扱うには、エネルギーの他に、電位をパラメータとして、反応を追跡することが必要であり、今までに手が付けられていなかった領域である。我々は、金属クラスターのイオン化ポテンシャルを調節し、印加される電位を表現する方法を考案した。これを用いて、水素発生反応をPt、Pd、Au、Agで比較し、PtとPdの優位性を再現した。Pt上での第1段還元反応の可逆電位は、アンダーポテンシャル析出のために正電位側にシフトするが、Pdでは0Vに近い電位となる。AuやAgでは、大きく負電位側となり、生成系が不安定であることを示す。
また、酸素還元反応をPtとAuで比較した。O_2の吸着ではPt上でのみ、side-on型の安定構造が得られた。O_2→OOH還元反応では、PtとAu間で大きな差異は認められない。Auがよい電極触媒にならない理由はOOH種からの還元反応が進行しないからである。Ptでは、OOH_2は直ちにO-O結合を解裂し、吸着O原子とH_2Oに分解するが、Auでは、OOH_2の生成自身が非常に低電位側でのみ進行し、O-O結合も解裂しない。一方、OOH→HOOH反応は、Auの方が高電位で進行する。OHはPt表面と強く結合するので、O→OHの還元反応は高電位側でも進行する。最後のOH→H_2O還元反応は、OHが強く吸着するが、生成したH_2O分子の溶媒水分子との溶媒和(水素結合)による安定化し、実験値に近い値(0.64V)が得られた。OHとAu表面との相互作用は比較的に弱いので、OH→H_2O還元反応は、より高電位側で進行する。

Report

(2 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2010 2009 2008

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] A Cluster Model DFT Study for Oxygen Reduction Reactions2009

    • Author(s)
      Kobayashi, Miura, Takeuchi, Yamabe
    • Journal Title

      Chemistry Letters 38(4)

      Pages: 342-343

    • NAID

      10025120888

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Cluster Model DFT Study for Oxygen Reduction Reactions2009

    • Author(s)
      H. Kobayashi, T. Miura, N. Tak euchi, and T. Yamabe
    • Journal Title

      Chemistry Letters 38(4)

      Pages: 342-343

    • NAID

      10025120888

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] DFT計算のメリットと問題点(招待)2010

    • Author(s)
      小林
    • Organizer
      第23期CAMMフォーラム
    • Place of Presentation
      東京・表参道・アイビーホール
    • Year and Date
      2010-03-05
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 環境・エネルギー問題に貢献できそうな計算化学(招待)2009

    • Author(s)
      小林
    • Organizer
      平成21年度触媒学会コンピュータの利用研究会講演会
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Year and Date
      2009-12-04
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素生成反応および酸素還元反応のクラスターモデルDFT計算:電極金属間の比較2009

    • Author(s)
      小林、中薗、三浦、竹内、山邊
    • Organizer
      第29回表面科学学術講演会
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀
    • Year and Date
      2009-10-28
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 水素生成反応、酸素還元反応の金属依存性に関するクラスターモデルDFT計算2009

    • Author(s)
      小林、中薗、川田、竹内、山邊
    • Organizer
      第104回触媒討論会
    • Place of Presentation
      宮崎大学
    • Year and Date
      2009-09-29
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Pt電極での水素発生反応および酸素還元反応のクラスターモデルDFT計算2008

    • Author(s)
      小林久芳・川田曜士・三浦俊子・竹内信行
    • Organizer
      第28回表面科学学術講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学
    • Year and Date
      2008-11-14
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] クラスターモデルDFT計算による燃料電池電極反応の電位依存性解析2008

    • Author(s)
      小林久芳・今堀文夫・三浦俊子・竹内信行
    • Organizer
      第102回触媒討論会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2008-09-24
    • Related Report
      2008 Annual Research Report

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Published: 2008-04-01   Modified: 2018-03-28  

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