| Project/Area Number |
22K14533
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
Nakayasu Yuta 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (20827042)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
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| Keywords | 水熱炭化 / 電極触媒 / 燃料電池 / バイオマス / 未利用資源 / 水熱 |
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| Outline of Research at the Start |
通常，金属空気電池の正極には，Pt/Cなどの貴金属を用いた酸素発生/還元反応（OER/ORR）が最も効率的な電極触媒として用いられる。しかし，価格と資源制約上の問題から，高い活性と安定性を備えた低価格の代替材料を開発することが求められている。昨今，窒素, リン，鉄などのヘテロ原子がドープされたカーボン材料は，Ptに置き換わるOER/ORR電極触媒としての可能性が示された。本研究申請では，亜・超臨界水熱場を用いることにより，木質バイオマスの炭素化およびヘテロ原子をドープすることによりORR電極用の機能性バイオカーボンを創成するプロセスの提案を行う。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this year's study, we prepared electrocatalysts for fuel cells doped with carbon, iron, nitrogen, and silicon by first-step hydrothermal treatment of iron-containing mine waste to aqueous iron ion solution and second-step hydrothermal treatment of the mixture of the solution, rice husks, and urea The LSV measurement results show that the electrocatalysts have a high onset potential in the alkaline to high onset potentials in all acidic regions. Normally, high ORR activity and durability do not occur under acidic conditions, but in this study, it was suggested that the amorphous silica originally contained in the rice husk contributed to the stability of the Fe-N4 moiety.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は、環境低負荷な水熱炭化プロセスを用いて、再生可能エネルギー社会に必要不可欠な燃料電池用カソード触媒を未利用バイオマスから創製することを目的とした。希少金属資源の代替となるだけでなく、バイオマスに含有されているアモルファスシリカがFe-N系触媒の安定性に寄与することも示唆された。天然物を用いて先端デバイス材料を作製することは、最終製品の低コスト化や資源問題の解決につながるだけでなく、もともと含まれている物質や元素による新たな材料特性を発現することが示された。
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