2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of one-step bimetallic nanocluster prepraration method for structural regulation and catalytic durability
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18K05144
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
邨次 智 名古屋大学, 理学研究科, 講師 (20545719)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 白金 / ナノクラスター / カーボン担体 / カーボンナノチューブ / ランタノイド / 酸素還元反応 / 燃料電池 / XAFS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、構造制御と触媒高耐久化を同時に実現する「ワンステップ合金ナノクラスター創出法」の実現と発展を目標に、特に燃料電池電極触媒の酸素還元反応 (ORR) 活性の向上と高耐久化を狙った、カーボン固定化Pt系バイメタリックナノクラスター (NC) の創出を目指した。
(1) まず、Ptのみで手法確立を行った。ピロール配位子を持つPt錯体とピロールを多層カーボンナノチューブ (MWCNT) 表面で共重合・還元する手法で調製したPt NC-ポリピロール-MWCNT複合型触媒は、ピロールを用いない複合型触媒と比較して粒径制御が達成されたとともに、ORRにおいてより大きな電気化学表面積を示し、高い比質量活性と触媒耐久性を示した（論文発表）。
(2) 次に、(1)の共重合法過程においてランタノイド(ガドリニウム)錯体を同時に添加することで、Pt NC-ランタノイド金属種-ポリピロール-MWCNT複合型触媒を調製した。粒径制御されたPt NCの生成に成功したものの、ランタノイド金属種は酸化された状態の化学種として、Pt NCの近傍に存在していることをXRF、TEM/STEM、XPS、XAFS等の表面構造解析により明らかにした。本系は、ランタノイド金属種を有さない触媒と比較してORR触媒活性が大幅に増加し、その理由としてランタノイド種によりPtの酸化が抑制されていることを、電極表面に電圧を印加した状態におけるin-situ XAFSにより解明した。（論文発表）。
(3) ランタノイド種がPtと合金形成をし、真のバイメタリックナノクラスターとなることを目指すべく、用いるランタノイド錯体前駆体と還元手法を種々検討した。まず、カーボン担体なしで、ランタノイド金属をランタンとして、還元温度・時間について検討を行い、Ptとランタンがバイメタリック化する条件を見出した。続いて、Pt錯体、ランタン錯体前駆体をカーボン担体に固定化・還元を行ったところ、Pt-ランタンバイメタリックナノ粒子の生成をXRD、TEMより確認した。
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