2019 Fiscal Year Annual Research Report
Synthesis of three-dimensional architecture composed of two-dimensional nanowalls
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18K14054
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
滝本 大裕 信州大学, 先鋭領域融合研究群先鋭材料研究所, 助教(特定雇用) (60806529)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | コアシェル構造ナノシート / 三次元構造体 / 燃料電池用電極触媒 / 酸素発生反応活性 / 酸素還元反応活性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，燃料電池用電極触媒の開発であり，第一にナノシートを骨格とする三次元構造体の創製を目指した。具体的には，Niコア＠Ptシェルで構成されるナノシート骨格である。本研究では，ナノシートを骨格とする三次元構造体を合成するために，マクロポーラスカーボンを鋳型に活用したアプロ―チを検討する。
平成３０年度は，NiOナノシートで構成される三次元構造体を作製した。電気化学測定により，マクロポーラスが電気化学特性に与える影響を明らかにした。比較サンプルとして，カーボン鋳型を使用せずに合成したNiO粒子も評価した。その結果，三次元骨格NiOナノシートは，粒子より２倍以上大きな比静電容量を示した。また，走査速度依存性も良好であり，マクロポーラスにより物質移動がスムーズであることが示唆された。令和元年度は，合成したNiO三次元構造体の基礎物性を明らかにするために，電子物性や結晶構造，電極触媒性能について検討した。NiO酸化物の三次元構造体におけるO2発生反応活性はナノ粒子より１５倍も高いことがわかり，①ナノシート化による高比表面積効果，②三次元構造体による物質拡散の向上の相乗効果で，極めて優れる触媒活性であることを明らかにした。
以上の研究内容を踏まえ，Ptシェルの形成に取り組んだ。NiO酸化物を水素中で還元させ，Niメタル三次元構造体にトポタクティック変換した。これをPtイオン含有弱酸水溶液に浸漬し，NiとPtの置換析出によりPtシェルを形成させた。当該触媒の電極触媒活性は，Ptナノ粒子より劣っていたが，Ptシェルが部分的に形成していることが原因であり，Ptシェルを完全に形成できる最適条件の探索が必要であることがわかった。
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