Development of operando-designed catalyst and spectroscopic technique for fuel cells
| Project/Area Number |
21K05125
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 34020:Analytical chemistry-related
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
葛目 陽義 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (20445456)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | ラマン分光 / in situ計測 / 増強素子 / ナノ粒子合成 / 合金触媒 / ラマン分光法 / 水電解 / ニッケル / in situ / オペランド / SHINERS / 燃料電池 / 表面増強ラマン分光法 / 電気化学 / 電気化学触媒 / オペランド計測 |
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| Outline of Research at the Start |
燃料電池デバイスの本格的な普及に向けた主要素材開発の実用化研究で、基礎研究の成果があまり活用できていない問題点がある。本研究では、『実用化研究に有用な基礎研究成果を獲得するためのオペランド研究の基礎を構築すること』を提案する。そのために二つの課題を立てる。(１)発電環境下での触媒挙動を原子レベルでリアルタイム追跡する直接観察技術(オペランド分光法)の開発を目指す。（２）発電セルでの評価指針に合う触媒を設計・合成し、反応活性・選択性・安定性の優れた触媒開発を目指す。オペランド計測で得られた「生」の情報から、効率的な触媒設計がさらに促進され、燃料電池の実用化が強く推進される事が期待される。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の研究目的は『「実用化研究の【評価指針】と【測定法】」を基礎研究の触媒素材開発に導入することで、燃料電池開発に役立つ基礎研究の知見をオペランド研究で獲得し、効率的に燃料電池の実用化を進めること』である。その為の研究実施計画として（課題１）オペランド分光計測技術を開発し、高温・多湿・強酸などの特殊環境下でも高感度分光計測を可能とする増強素子を開発すること。（課題２）得られた知見・新たなフィードバックされた知見を基に新触媒を開発すること。の二つを挙げた。
（課題１）について耐酸性・耐アルカリ性・耐高熱性環境下でのin situ/オペランド計測を可能とするシェル被覆増強素子の合成法確立については2022年度に完了した。最終年度では、その合成法についてブランク実験などから物性評価を完了した。分光セル開発については、強塩基・強酸性条件下における電気化学in situラマン分光測定に成功した。ただし技術的改善点、設計への課題も明らかになり、第二号となる分光セル設計プランを作成したが、本研究課題以後に実行する。
（課題２）について、アルカリ水電解触媒として連珠型Ni合金触媒の開発に向けて、（１）Ni電極表面における表面吸着種と電極活性との相関を解明し、（２）連珠型Ni単元触媒の合成・物性評価を実施・完了した。（課題１）で開発したZrO2およびTiO2被覆増強素子によるアルカリ条件下でのin situ測定から、（１）平滑Ni表面における表面吸着種の電位依存変化の直接検出に世界で初めて成功し、そのデータ解析を完了した。さらに（２）連珠型Ni触媒のin situ測定も成功し、（１）から得られた表面吸着種の分光データを指標として、触媒表面での表面吸着種の同定、反応機構の提案、反応活性機構の理解に成功した。最終目標である合金触媒のin situ計測についても表面吸着種の観測に成功した。
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Report
(3 results)
Research Products
(25 results)
