| Project/Area Number |
20F19756
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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 | 外国 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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| Host Researcher |
八木 一三 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (40292776)
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| Foreign Research Fellow |
TADGELL COLIN 北海道大学, 地球環境科学研究科(研究院), 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 白金ニッケルイリジウムナノフレーム / 酸素還元反応 / 酸素発生反応 / バイファンクショナル電極触媒 / ナノ構造体 / 電極触媒 / 三元ナノフレーム / 複合機能化 |
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| Outline of Research at the Start |
固体高分子形燃料電池が自動車動力源や家庭用電力供給源として普及するためには現状よりも反応活性と耐久性が飛躍的に優れた電極触媒が必要である。現時点で最も優れた触媒として白金合金ナノ構造体（例えば白金ニッケル合金のナノフレームや白金コバルト合金のナノワイヤ）が挙げられる。本研究では、二種類の金属の合金である二元系合金のナノ構造体の反応活性と耐久性をさらに優れたものにするため、三元系合金触媒を開発する。また、触媒を固定して電極として利用するために用いられている担体は従来カーボンブラックという炭素担体であったが、本研究では窒素や硫黄、あるいは金属酸化物を炭素担体に導入することで、性能の底上げを図る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度、25 nm程度の菱形十二面体のエッジ部分のみを残した中空状の構造体であり、優れた酸素還元反応（ORR）活性と耐久性を有する白金ニッケル合金ナノフレーム（Pt3Ni-NF）の更なる高性能化のため、三元系に拡張することを検討した。各種金属を加えたナノフレームを調製し、ORR活性を調べた結果、白金-ニッケル-イリジウムナノフレーム(PtNiIr-NF)を中密カーボンブラックであるバルカンに担持した触媒(PtNiIr-NF/C)がPt3Ni-NF/Cに匹敵する活性を示すことがわかった。ただし、想定した以上の活性向上にはつながらなかった。今年度は、他の反応系への展開を図るべく、PtNiIr-NF/Cにおける酸素発生反応（OER）活性を評価したところ、酸性条件下で優れたOER活性を有するイリジウム黒以上の高い初期活性を示すことを見出した。しかしながら、カーボン担体はOERが起こる貴電位方向への電位掃引・電位保持により腐食が進行してしまうため、いくつかの導電性酸化物担体を組み合わせる研究に着手した。インジウムスズ酸化物（ITO）やアンチモンスズ酸化物（ATO）などの導電性酸化物担体ナノ粒子を調製し、PtNiIr-NFを担持後、OER活性評価を行ったところ、PtNiIr-NF担持ATO触媒がPtNiIr-NF/Cの初期活性には及ばないものの、はるかに優れた耐久性を示すことを見出した。電気化学微分質量分析（DEMS）測定による酸素発生量の定量と誘導プラズマ原子吸光分析（ICP-AES）分析による金属量の定量から、PtNiIr/ATOにおけるターンオーバー頻度とファラデー効率を決定した。PtNiIr-NF/ATO触媒はORR活性もPtNiIr-NF/C触媒と同等であったことから、酸性条件下でのORR/OER活性がともに優れたバイファンクショナル電極触媒の開発に成功したと言える。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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