2016 Fiscal Year Annual Research Report
特異配向炭素ナノファイバーを担体とする高活性・高耐久性酸素電極の創製
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16H04530
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
幅崎 浩樹 北海道大学, 工学研究院, 教授 (50208568)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 鋳型炭素 / カーボンナノファイバー / 酸素還元 / 電極触媒 / 白金ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，ハニカム構造を持つ細孔径の揃った多孔質アノード酸化アルミナを鋳型に用いて，プレートレット構造のカーボンナノファイバー(pCNF)を高分子粉末原料から液相炭素化法により合成し，これを電極触媒担体に利用するものである。ファイバーの側面に活性な炭素エッジが露出したpCNFは触媒ナノ粒子を強く吸着することから，ナノ粒子を高分散した高耐久性電極の可能性が期待される。
本年度はまず，ポリ塩化ビニル(PVC)およびポリアクリルアミド(PAA)粉末を原料として窒素フリーおよび窒素含有pCNFをアルゴン中各温度で熱処理することで合成した。PVCから合成した窒素フリーpCNFは熱処理温度の上昇とともに黒鉛化度が上昇し，プレートレット構造が発達した。PAAを原料とした場合にもpCNFが得られるとともに窒素の存在が確認されたが，その濃度は熱処理温度とともに減少した。このpCNFにPtを担持したところ，窒素の有無にかかわらず，粒径約3 nmのPtナノ粒子が均一に担持された。Pt/pCNFの酸化還元電極活性を回転ディスク電極を用いて評価したところ，窒素添加による活性の変化は認められなかった。窒素ドープ炭素へPtを担持すると活性が向上するという報告があるが，これは主にPtの担持状態が改善されることに起因することが示唆された。pCNFを用いると窒素フリーでもPtが均一分散する。
高価で資源に乏しいPtを用いない貴金属フリーの電極触媒として，新たにCo3O4をpCNFに担持した触媒も合成に成功した。
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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
炭素担体にPtを担持した触媒において，炭素への窒素ドープが活性向上に有効であることが報告されているが，本研究によりこの活性向上は主にPtの分散状態の改善にあり，Pt粒子の活性そのものの変化は小さいという重要な知見が得られ，pCNFのナノ粒子高分散担体としての利点を明らかにすることができた。順調に研究は推移していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は貴金属フリーで高活性で高耐久性のpCNFを担体として使った電極触媒の開発に焦点を当て，研究を推進する予定である。
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