2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Non-noble Metal Complex-based Electrode of Fuel Cell
| Project/Area Number |
16K05727
|
|---|
| Research Institution | Kyushu University |
|---|
Principal Investigator |
松本 崇弘 九州大学, 工学研究院, 准教授 (90570987)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
|
| Keywords | 燃料電池 / 水素 / 酸素 / 分子触媒 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は、(水素・一酸化炭素水素)-(酸素・過酸化水素)燃料電池の開発を行なった。本電池は、アノードでは、水素と一酸化炭素を電子供与体とし、カソードでは、酸素と過酸化水素を電子受容体として、駆動する。このような電池を構築するためには、水素と一酸化炭素を両方酸化できる触媒の開発と酸素と過酸化水素を両方還元できる触媒の開発が必要である。
自然界には、水素を酸化する酵素としてニッケル・鉄ヒドロゲナーゼ、一酸化炭素を酸化する酵素として一酸化炭素デヒドロゲナーゼが良く知られている。いずれの酵素の活性中心にも、ニッケルと鉄が硫黄で架橋された部位が共通で存在する。そこで、その共通部位を分子レベルで人工的に再現することによって、水素と一酸化炭素の両方を酸化できる分子触媒を開発した。水素と一酸化炭素の酸化触媒サイクルにおける反応中間体の構造は、X線構造解析、分光学的手法、及び質量分析によって決定した。
また、近年、酸素耐性ニッケル・鉄ヒドロゲナーゼが酸素を水に還元することが報告され、さらに、この酵素が過酸化水素を還元している可能性も報告された。本酵素の活性中心もニッケルと鉄が硫黄で架橋された構造をしており、その活性中心構造を模倣した分子触媒を合成することで、酸素と過酸化水素を両方還元できることを明らかにした。この還元触媒サイクルにおける反応中間体の構造も、X線構造解析、分光学的手法、及び質量分析によって決定した。
以上のように、水素と一酸化炭素を両方酸化できる分子触媒と酸素と過酸化水素を両方還元できる分子触媒を開発し、それらの触媒を用いて、燃料電池の電極の作成を行なった。触媒とカーボンブラックを混合し、カーボンクロスに塗布し、プロトン伝導膜を用いて、固体高分子形燃料電池を構築した。アノードに水素と一酸化炭素を供給し、カソードに酸素と過酸化水素を供給し、本電池を発電させることに成功した。
|
