2020 Fiscal Year Annual Research Report
荷電粒子照射による原子空孔を利用した単原子触媒：高活性化メカニズムと設計指針
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18H01923
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
八巻 徹也 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 次長 (10354937)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
出崎 亮 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員 (10370355)
松村 大樹 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (30425566)
田口 富嗣 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員 (50354832)
池田 隆司 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, 研究統括 (60370350)
岡崎 宏之 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主任研究員 (90637886)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Pt触媒 / 炭素担体 / 原子空孔導入 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、担体の原子空孔を利用して単原子のPt触媒を形成し、その酸素還元反応(ORR)性能の向上メカニズムを解明するとともに、最高性能への設計指針を提示することを目的とする。今年度は、この目的の達成に資するため、X線吸収微細構造(XAFS)測定と分子動力学計算を用いて、Pt触媒における酸素吸着状態の解析を行い、担体炭素への原子空孔の導入が触媒表面に化学吸着する酸素の弱結合化を引き起こすことを明らかにした。具体的には、以下のとおりである。
実験では、380 keVのアルゴンイオンをグラッシーカーボン基板に照射し、その上に単原子Ptを模擬するPt微粒子を担持した。純酸素雰囲気下において、この試料のXAFS測定を行うことで、イオンビーム照射による原子空孔導入がORR初期過程である酸素吸着において、Pt-Oの反結合準位を低下させていることを見出した。この結果は、酸素の化学吸着に伴う反結合準位への電子充填が起こりやすくなることを意味しており、Pt-O結合を弱めORRの律速過程である酸素脱離が容易になっていることを明らかにした。また、酸素吸着状態に対して分子動力学計算を行ったところ、炭素担体への原子空孔の導入によりPt原子とO原子の電子軌道混成が弱まっていることを確認した。このようなPt-O弱結合化は、原子空孔の存在が触媒－担体界面においてPt原子とC原子との電子軌道の混成が強まったことと関連していることが示唆された。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(6 results)
