2020 Fiscal Year Annual Research Report
非平衡プロセスによる新規多元金属ナノ構造体の作製と高活性電極触媒開発
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18H03927
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
鳥本 司 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60271029)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
亀山 達矢 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (40646759)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 合金ナノ粒子 / イオン液体 / 金属スパッタリング / 燃料電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Ptに代表される貴金属ナノ粒子は、室温下で様々な反応に対して高い触媒活性を示すことから、近年、燃料電池の電極触媒等への応用を目指した研究が盛んに行われている。しかし、Ptは希少金属であり高価であるために、より広範囲な用途での使用が制限される。これを解決するために、現在、Pt代替触媒の探索が活発に行われ、様々な金属・合金ナノ粒子を作製し、触媒活性を高活性化する研究が活発にされている。本研究では、AuとRhとの交互配列ターゲットを用いて、これら2種類の金属を同時にイオン液体に対してスパッタ蒸着することでAuRh合金ナノ粒子を作製し、酸素還元反応(ORR)に対する電極触媒活性を評価した。イオン液体をスライドガラス上に均一に塗布した後、Arガス圧3.0 Paの条件でAu-Rh交互配列ターゲットをスパッタリングすることで、AuRhナノ粒子を得た。このナノ粒子をカーボンブラック(CB)粉末に担持して電極触媒とした(AuRh/CB)。これをグラッシーカーボン回転電極上に保持し、0.5 mol/dm3 KOH水溶液中でORRに対する触媒活性を評価した。Au-Rh交互配列ターゲット中でのAu面積比を変化させると、生成するナノ粒子のAu/Rh組成比が変化した。これにより、電極触媒であるAuRh/CB 粒子の組成を自在に制御することができた。TEM観察から、AuRh/CB ではCB上に、サイズが数nmの球状AuRh粒子が密に担持されている様子が確認できた。XRD測定から、担持された粒子がAuとRhとの合金であることがわかった。AuRh/CBのORR電極触媒活性を測定したところ、粒子表面のAu/Rh組成比に対して火山型の挙動を示した。またAuRh/CBのORR開始電位は、Au/CBやRh/CBのものと比較して正電位側にシフトし、単金属ナノ粒子よりも高活性であることがわかった。
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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
AuおよびRhのイオン液体への同時スパッタ蒸着によって、合金ナノ粒子を作製し、その組成を制御することに成功した。得られたAuRh担持カーボンブラックが、酸素還元反応の電極触媒として働き、その活性はAuあるいはRhからなる純金属ナノ粒子触媒よりも高活性であることを見出した。
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| Strategy for Future Research Activity |
新規燃料電池を開発するために重要な様々な反応に対して、イオン液体／金属スパッタリング法によって作製した複合金属ナノ粒子が高活性な電極触媒として作用することを見いだした。今後はさらにこれを発展させ、多元金属ナノ粒子を新規に合成して、さらに高性能な電極触媒反応の開拓を目指す。
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