2015 Fiscal Year Research-status Report
部分還元酸化物に担持した白金の高酸素還元活性発現メカニズムの解明
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15K13765
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| Research Institution | University of Miyazaki |
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Principal Investigator |
酒井 剛 宮崎大学, 工学部, 教授 (40284567)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 燃料電池 / 酸化物 / 白金 / 酸素還元 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当初の予定通り、表面酸素欠陥の特性と結晶構造の変化については、PEFCでも耐え得る安定性を持つ酸化チタンと酸化スズに限定し、生成したTi3+、Sn2+の定性定量分析を行った。水素化ホウ素ナトリウム（SBH）等の還元試薬によって、還元処理した金属酸化物の、結晶構造変化をXRDによって評価したが、大きな変化が見られなかった。そのため、ESR(Electron Spin Resonance)測定によって、孤立電子を有するd1系のTi3+の検出を試みたところ、微弱ではあるがTi3+と考えられるシグナルが観察された。また、このシグナルはカーボンの共存時のみ検出される可能性が高いことがわかった。すなわち、酸素還元活性の向上には、Ptと低価数状態のTi3+を含む酸化物との相互作用だけでなく、カーボンからの電子供給が重要な因子であると推察された。また、溶媒を工夫することによりPt4+とTi3+が原子レベルで混合した赤色の混合溶液を合成する手法を開発した。これにより、Pt4+とTi3+を共存させることができたが、溶液中での相互作用はESR測定からは認められなかった。すなわち、Pt-Ti3+の相互作用は、白金が還元されて金属状態になった場合のみ起こると考えている。さらに、酸化物のカーボンへの担持条件あるいは白金担持酸化物のカーボンへの担持条件の最適化については、合成した電極触媒が市販の実用されている触媒に比べて比活性（白金表面積あたりの酸素還元活性）が高いことを明らかにした。SEM観察等では依然分散性の低い箇所が存在するため、担持条件の最適化については継続して検討する必要があるものの、現時点で市販試料を越える比活性が得られていることから、高酸素還元活性が発現することは間違いないと考えられ、さらに、担持方法を最適化できればさらに高い活性が期待できる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
表面酸素欠陥の特性と結晶構造の変化については、XRDでは変化が認められなかったものの、微弱ではあるがTi3+と考えられるESRシグナルが観察されたこと、および、シグナルはカーボンの共存時のみ検出される可能性が高いことをみいだしたこと。また、Pt4+とTi3+が原子レベルで混合した赤色の混合溶液を合成する手法を開発したこと。さらに、合成した電極触媒が市販の実用されている触媒に比べて比活性（白金表面積あたりの酸素還元活性）が高いことを明らかにしたこと。以上の当初予定の研究計画は十分に進んでいると判断される。新たに見出した事象については、これらの実験事実をメカニズムとともに確立すれば、当初予定を上回る成果になると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度に、TiCl3（3価のチタン）とSnCl2（2価のスズ）から合成したTiO2-SnO2複合酸化物が焼成過程では結晶成長せずに水熱処理によって結晶成長する特異的な現象を見出し、成果を公表している。本結晶成長過程では、3価のチタンから4価のチタンに酸化されると同時結晶成長することがわかっているため、3価のチタンが存在する段階で白金を導入すれば、低価数状態のチタンと白金が直接相互作用する触媒の合成が可能と考えられる。ただし、3価のチタンが粒子表面に存在する必要があり、現在見出している水熱処理によって結晶成長する特異的な現象における3価のチタンが存在する場所は特定できていない。そこで、当初の予定に挙げていた低価数の元素を含む（還元状態を保った）金属酸化物を合成する手法を、3価のチタンが表面に存在することを含めて確立するとともに、原子レベルの白金を担持する方法を開発する。また、得られた触媒の酸素還元活性を評価するとともに、現在考えている結成向上のメカニズムについての仮説を検証し、メカニズムを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
平成27年度に購入した回転電極装置による研究が進み、解析にかかる費用が主となった。そこで、材料合成に係る費用は翌年度以降に多く必要になったため、H28年度での薬品購入等に充てることとした。また、計画していた学会発表を遂行できなかったため、次年度以降の学会発表に充てることとした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
材料合成用の薬品、学会発表用の旅費として使用する。
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