2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high active catalyst for fuel cell by controlling interface and electronic state of interface
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17H03410
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
柿沼 克良 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (60312089)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内田 誠 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (10526734)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 電極触媒 / ナノ粒子 / 電子状態 / 固固界面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高活性と高耐久性を備えた先進的新規固体高分子形燃料電池用電極触媒を提案、開発するため、本年度は、Pt合金触媒の結晶性・配向性の向上、新たな担体合成を検討した。Pt合金としてコロイド法で合成したPtCo触媒を用いた。これまでのPtCo触媒はその一部が酸化され、十分な酸素還元活性を得られてなかった。今回、希釈水素中での熱処理条件を検討することで、その課題は解決されると共に、触媒粒子の原子配列は担体粒子の原子配列の影響を受けて再配列（配向）することも確認した。得られた合金触媒の粒子径は3-4nmであり目標とする値に制御され、一部では明瞭なファセットも確認した。担体については、TiO2、SnO2系ナノ粒子の他、複合酸化物（ペロブスカイト）の合成にも成功した。以上から、担体表面・界面における原子配列の精密制御、触媒-担体の相互作用について、多角的に検討することが可能となった。
一方、触媒-担体の電子的な相互作用の検討には触媒及び担体における電子状態（電子構造、ケミカルシフト等）の解析が不可欠である。本年度は、上記酸化物担体上にあるPt触媒の電子状態をXPS及びHAXPESにて解析した。担体がSnO2の場合とTiO2の場合でケミカルシフトの差が大きく、相互作用に差があることを明らかにした。半導体-金属界面にて形成されるショットキー障壁や界面での原子配列などは、担体の電子状態や結晶構造で大きく異なることから、次年度以降にそれらの解析を重点的に実施する。
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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
本年度は、Pt合金触媒の結晶性・配向性の向上、新たな担体合成に成功した。これにより、担体表面・界面における原子配列の精密制御、触媒-担体の相互作用について、多角的に検討できるようになった。また、触媒-担体の電子的な相互作用の検討を行うため、その基礎となる酸化物担体上にあるPt触媒の電子状態をXPS及びHAXPESにて解析し、半導体-金属界面でのショットキー障壁や界面での原子配列など、触媒-担体相互作用の研究におけるもっとも大きなキーファクタを見出すことができた。当初、大気曝露した触媒表面の吸着物の影響、遷移金属の一部の酸化により、XPS、HAXPESでの電子状態解析が困難になる可能性が懸念されていたが、材料設計・測定装置の改良等で解決した。以上の成果から、次年度での研究の加速が期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、これまで合成した触媒の触媒-担体界面での電子状態解析を、XPS、HAXPESなどを駆使して実施する。その結果を用いて、担体表面・界面における原子配列の精密制御、触媒-担体の相互作用を解明する。また、耐久性等の評価も併せて検討し、高活性と高耐久性を備えた先進的新規固体高分子形燃料電池用電極触媒を提案、開発する。
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[Presentation] Recent R & D of Electrocatalysts and Polymer Electrolytes to Realize Superlative, Stable, and Scalable Performance Fuel Cells2017
Author(s)
A.Iiyama, K. Kakinuma, M. Uchida, H. Yano, J.Inukai, J. Miyake, K. Miyatake, H. Uchida
Organizer
International Symposium on Novel Energy Nanomaterials, Catalysts and Surfaces for Future Earth
Int'l Joint Research
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