酸化グラフェン層間を利用した合金ナノシートの調製とそれらの触媒反応への応用

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H02526
• Research Institution: Doshisha University
• Principal Investigator: 竹中 壮 同志社大学, 理工学部, 教授 (10302936)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ナノシート / 触媒

Outline of Annual Research Achievements

貴金属は様々な化学反応の触媒として機能する．例えばPtは固体高分子形燃料電池で水素の酸化反応と酸素の還元反応に対する触媒として利用される．しかし貴金属は高価であるため，貴金属の使用量低減が求められる．貴金属の使用量低減には，貴金属の触媒活性向上が不可欠であり，貴金属と他の金属との合金化や，貴金属試料のナノスケール化が検討されている．しかし貴金属の触媒活性を支配する因子として，貴金属試料の表面原子の配位不飽和度がある．例えば上述の酸素還元反応では，配位不飽和度の高いコーナー位置のPtに比べ，配位不飽和度の低いテラス位置のPt原子が高活性を示す．このため，高活性貴金属触媒を設計するには，合金化，ナノスケール化に加え，表面原子の配位不飽和度制御が必要と考える．本研究では積層した酸化グラフェン内に存在するナノスケール２次元空間に金属カチオンを充填し，その場で金属カチオンを金属に還元することで金属ナノシートを調製している．今年度の研究では，この方法でPtおよびPt-Co合金ナノシートの調製を試みた．また調製した触媒の酸素還元活性を評価した．その結果，Ptナノシートは球状のPtナノ粒子に比べ，３倍程度高い比活性（触媒面積当たりの酸素還元活性）を示し，貴金属のナノシート化による触媒活性向上が実証できた．またPt-Co合金ナノシートは，Ptナノシートより，1.5倍程度高い比活性を示した．試料のナノシート化に加えて，合金化によりPt-Coナノシートが高活性を示したと結論した．

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。