2018 Fiscal Year Research-status Report
担体フリー非白金・非炭素触媒の細孔制御とこれを用いた燃料電池触媒層の高性能化
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17K06180
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
千坂 光陽 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (20513310)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 非白金 / 非貴金属 / 酸化チタン / 酸素還元 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2018年度は当初の研究計画に加え、新たな元素リンを利用して酸化チタン系触媒の高性能化に取り組んだ。前年度まで利用してきた簡易燃焼法を改良し、チタンに対するリンの原子比、合成温度、合成時間や原材料混合条件等を性能に対して最適化した。そのX線回折パターンより、チタンに対するリンの原子比に関わらずTiN相が形成されたことがわかった。TiP2O7、P3N5、TiP等他の相は一切発現しなかった。X線回折パターンのピークシフト、アルゴンスパッタリングを併用したX線光電子分光スペクトル、ラマン分光スペクトルならびに透過型電子顕微鏡像より、
・本触媒のバルクはTiN相であり、その表面は酸化してルチル型TiO2相が形成されている。
・チタンサイトに5価のリンが置換導入されている。
・表層のTiO2相には酸素欠損が生成しているが、その数はリン原子の多寡によらずほぼ一定である。
ことが示された。これまでにもリンを用いない酸化チタン系触媒の反応サイトとして、酸素欠損は報告されてきた。本触媒表面にも酸素欠損は存在しているものの、その数がリン原子に影響されなかった一方、性能はリン原子の置換導入により大幅に向上した。5価のリンに由来する新しい反応サイトが発現したことが初めて示され、従来の2.00 mg/cm2の半値以下である0.86 mg/cm2の触媒使用量で性能が向上した。比表面積も大幅に増加したことが間接的に示唆された。
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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
新たにリン原子を利用することにより、過去最高の性能が得られた。概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
2018年度に得られた知見に基づき、触媒のスケールアップと触媒層構造の最適化に重点的に取り組む。また反応サイトの解析も進める。
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| Remarks |
Catalysis Science & Technology誌に発表した論文は、出版後6週間の期間限定でオープンアクセスとされました。
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