2006 Fiscal Year Annual Research Report
カーボンナノチューブの合成メカニズムと吸着特性に対する触媒機能の解明
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16360397
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
中村 潤児 筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 教授 (40227905)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木島 正志 筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 助教授 (70177822)
松石 清人 筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 助教授 (10202318)
鈴木 修吾 筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 助教授 (90241794)
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| Keywords | カーボンナノチューブ / 水素吸蔵 / 燃料電池 / 表面化学 / 走査トンネル顕微鏡 / 電極触媒 / グラファイト / 触媒化学 |
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| Research Abstract |
第一に、カーボンナノチューブ(CNT)を燃料電池電極触媒の担体に用いることによって白金使用量を1/3まで低減することに成功した。白金代替触媒としてMo_2CをCNTに担持してアノード電極触媒が機能することを確認した。CNTに担持したRu-Pt/CNT電極触媒は100ppm COを含んでも純粋な水素と同程度の電極電流が流れ、著しい耐CO被毒性を持つことを見出した。このようにCNT担体の優位性が示された。第二に、CNTによる水素吸蔵では、常圧でCNTに4.3wt%もの大量の水素を吸蔵させることに成功した。触媒を用いて分子状水素を原子状へと解離させ、その解離状水素を予め形成させたCNTの欠陥部位に貯蔵するという方式に特長がある。またCNTが球状(約5〜8mm)に凝集することを偶然見出した。そこでCNTビーズ内に氷(THFハイドレート)微粒子を形成させ、さらにその氷微粒子内部に水素分子を貯蔵させることに成功した。吸蔵量は0.6wt%程度である。第三に、CNT合成における触媒機能の研究を行った。Ni、Co、Feなどはメタンの解離の役割をして、メタンを炭素まで分解する。触媒表面に生成した炭素はさらに触媒粒子内部へと拡散し、炭素固溶量が飽和に達すると触媒表面に析出し始めグラフェンネットワークを形成しCNTが生成する。これらの速度バランスが触媒活性として観測されることがわかった。CoやNiが触媒微粒子の表面で、Moカーバイドがバルク内に分布するというeggshell型の触媒構造を新しく提案した。第四に、表面科学的研究を行った。グラファイト表面ではPt微粒子は扁平な構造であることがわかり、界面に強い相互作用が働くことがわかった。一方、グラファイトの欠陥部位やカーボンブラックなどの表面では触媒微粒子は球形に近くなり、sp^3性炭素の表面と触媒微粒子の相互作用は小さいとみなされた。
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