貴金属フリーな次世代燃料電池用電極触媒の合成と高性能化のための合成指針の確立

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K05941
• Research Institution: University of Miyazaki
• Principal Investigator: 松永 直樹 宮崎大学, 工学部, 准教授 (40405543)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 酒井 剛 宮崎大学, 工学部, 教授 (40284567)
• Project Period (FY): 2016-10-21 – 2019-03-31
• Keywords: 燃料電池用電極触媒 / アルカリ形 / 遷移金属化合物

Outline of Annual Research Achievements

本研究では電極触媒の白金量低減を目的として、耐塩基性の高い遷移金属と遷移金属化合物の複合体を調製し、塩基性条件下での酸素還元活性の有無を検証するとともに、複合体の酸素還元活性を向上させる最適条件を明らかにする。
本年度は、遷移金属塩を加水分解して得られる生成物の調製条件を検討した。その結果、Mn塩の加水分解によってMn3O4、Fe, Co, Ni塩の加水分解によってFeO(OH), Co(OH)2, β-Ni(OH)2をそれぞれ安定して得る条件を明らかにした。加水分解生成物をグラッシーカーボン、Ni板またはPt板上にそれぞれ塗布してアルカリ水溶液中での酸素還元活性を評価した。その結果、いずれの支持体でもMn3O4塗布試料で高い酸素還元活性を示すことがわかった。ただし、Mn3O4以外の塗布試料の酸素還元活性と拮抗しているため、今後Mn3O4塗布試料の酸素還元活性を詳細に評価する必要がある。
また加水分解生成物の一部を還元し、調製試料の酸素還元活性を調べた。還元できるか否かは加水分解生成物をエタノール中で溶媒熱処理することで調べた。XRD測定により、β-Ni(OH)2は一部がNiに還元することが確認できた。一方、Mn3O4, FeO(OH)およびCo(OH)2は還元が確認できなかった。還元が確認できたNi-Ni(OH)2複合体の酸素還元活性を評価したところ、NiまたはNi(OH)2単独の酸素還元活性より低くくなることがわかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

研究実施計画に記載した「遷移金属化合物の調製条件確立」と「遷移金属化合物の比表面積の制御」については、遷移金属塩から加水分解で化合物を調製する条件を確立し、安定した比表面積を示すことを確認している。ただし、「遷移金属化合物の高比表面積化」については検討できていない。
一方、次年度の研究実施計画に記載した「アルカリ水溶液中での酸素還元活性の評価」を一部実施し、Mn3O4塗布試料で高い酸素還元活性を示す可能性があることを見出した。ただし、Mn3O4以外の塗布試料の酸素還元活性と拮抗しているため、今後Mn3O4塗布試料の酸素還元活性を詳細に評価する必要がある。以上のことから、上記の評価とした。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度は、Pt担持Cより高い酸素還元活性を示す可能性があるMn3O4系の試料について調製方法を検討するとともに、試料の酸素還元活性について詳細に検討する。また昨年度の研究実施計画の記載に関連する「遷移金属化合物の高比表面積化」に取り組む。その他、塩基性条件下での安定性や酸素還元活性に対するナノ構造や比表面積の影響などについて検討を行う。

Causes of Carryover

初年度は研究期間が5ヶ月間であったため、主に所属研究施設の備品を利用し、必要不可欠な備品(オートマチックポラリゼーションシステム)と試薬・消耗品の使用で本研究を遂行したため次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

次年度については、必要とする機器等は学内設備を利用し、依頼分析等は極力最小限に抑える。そのため、消耗品に充てる。また学会発表による旅費を計上する。