2015 Fiscal Year Annual Research Report
希土類-貴金属合金ナノ粒子の液相精密合成と電極触媒への応用
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15K13805
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
鳥本 司 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60271029)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電極触媒 / 合金ナノ粒子 / Pt-Y / 酸素還元反応 / 燃料電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体高分子形燃料電池の高活性化・低価格化を目指して、Pt代替触媒の開発が活発に行われている。その１つとして、Ptなどの貴金属と他の遷移金属との合金ナノ粒子を作製する方法がある。例えば、高活性化かつ高安定性をしめすナノ粒子として、Pt-Y合金ナノ粒子が注目されている。しかしPt-Y合金ナノ粒子の合成は非常に困難であり、サイズを精度良く制御してナノ粒子化に成功した報告例は少ない。そこで本研究では、私たちが開発したイオン液体／金属スパッタリング法を利用してこれを解決する。すなわち、触媒として働く貴金属（Ptなど）をより酸化されやすい遷移金属（Yなど）とともにイオン液体にスパッタしてサイズのよくそろった貴金属－遷移金属複合ナノ粒子を作製し、その電極触媒活性を評価した。この方法は、用いる金属元素の価数の変化を伴わない合成法であり、液相化学合成では不可能な複合ナノ粒子の合成が可能であると期待される。
扇形のPtおよびY金属板を交互配列させたPt-Y複合金属プレートをスパッタターゲットとし、イオン液体であるbutylmethylimidazolium hexafluorophosphate (BMI-PF6)に、PtおよびYを同時スパッタ蒸着した。イオン液体中には粒径が1～2 nmの球状のPt-Y複合ナノ粒子が得られ、粒子組成はターゲットに用いる複合金属プレート中のPt：Y面積比により制御できた。次に、酸素還元反応（ORR）活性を評価するために、得られた粒子をカーボンブラック（CB）粉末上に担持した。これを電極触媒として電極に固定して酸素を飽和させた過塩素酸水溶液に浸漬し、ORR活性を評価した。電極電位が1 V vs. RHEから負側の電位においてORRによる還元電流が観測され、得られたPt-Yナノ粒子がORRの電極触媒として効果的に働くことを確認した。
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