Functional elucidation of nitrogen-doped carbon catalysts and their application to energy materials

• Project/Area Number: 23H05459
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section D
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 中村 潤児 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 教授 (40227905)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 靖雄 金沢大学, 数物科学系, 准教授 (10589790) ; 有賀 克彦 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, グループリーダー (50193082) ; 武安 光太郎 北海道大学, 触媒科学研究所, 准教授 (90739327)
• Project Period (FY): 2023-04-12 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥199,940,000 (Direct Cost: ¥153,800,000、Indirect Cost: ¥46,140,000); Fiscal Year 2025: ¥46,020,000 (Direct Cost: ¥35,400,000、Indirect Cost: ¥10,620,000); Fiscal Year 2024: ¥43,420,000 (Direct Cost: ¥33,400,000、Indirect Cost: ¥10,020,000); Fiscal Year 2023: ¥42,640,000 (Direct Cost: ¥32,800,000、Indirect Cost: ¥9,840,000)
• Keywords: 窒素ドープカーボン / 触媒 / 燃料電池 / CO2 / 反応機構

Outline of Research at the Start

燃料電池は水素社会で用いられる発電機であるが、触媒に使用される高価な白金を安価な材料に置き換える必要がある。窒素ドープカーボン触媒は白金代替触媒として期待されているが、酸性電解質中での活性劣化の克服およびその原因解明が最大の課題である。我々は、最近、活性劣化の根源的な原因はプロトン化したpyri-NH+の水和であることを見出した。本研究の目的は、pyri-NH+に関わる反応メカニズムをさらに詳細に明らかにし、汎用燃料電池に供し得る高活性なカーボン触媒を設計することである。さらに、CO2電解触媒としての機能を発掘して、CO2をメタノールやエタノールなどの有用化合物へ変換するための触媒を設計する。