2010 Fiscal Year Annual Research Report
燃料電池電極用非白金系合金の表面設計と触媒特性向上
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22360298
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
和田山 智正 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (20184004)
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| Keywords | 固体高分子形燃料電池 / 合金触媒 / 酸素還元反応活性 / 表面偏析 / 表面科学 |
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| Research Abstract |
燃料電池化学過程のような不均一系触媒反応は、表面極近傍(第1,2原子層程度)の幾何学的原子構造とその電子的特性により支配される。したがって、バルク合金構造(組成)、最表面構造(組成)および触媒特性の相互関係を明確化することが新規合金触媒開発に向けたロードマップを材料科学・加工学的提示するための前提となる。しかしながら現状はその大部分が未解明である。本研究は非Pt系新規電極触媒材料開発フェーズにおける原子・分子論的指針を材料学的に明らかにし、その開発設計指針の提示を目指す。
本年度は、非Pt触媒開発に先立ちPt使用量の低減を目指しPt-Au系合金を検討した。AuはPtと比べ格子定数が4%程大きく、Au基板上のPt原子層には水平方向に引張り応力が働くと考えられる。Au(111)単結晶基板上にPtをMBE法により原子層レベルで堆積し、その分子吸着特性や電気化学特性を検討した。
超高真空(UHV)中で作製したPt/Au(111)の表面構造を高速反射電子線回折法(RHEED)で評価した後、表面分子挙動を一酸化炭素(CO)を分子プローブとした高感度反射赤外分光法(IRRAS)で調べた。次に、UHV中からN2雰囲気としたグローブボックス内に試料を搬送し、Ar脱気0.1M HClO_4溶液中でサイクリックボルタモグラム(CV)測定を行った。
0.5nm厚Pt(約二原子層に相当)をAu(111)上に堆積した場合、RHEEDパタンから評価した表面格子間隔はPt(111)のそれと一致した。吸着COのIRRASスペクトルからはAu基板が表面Pt原子層に与える引張り応力や電子的影響が示唆された。試料のCV曲線形状はPt(111)にほぼ一致し、PtはAu(111)基板をほぼ被覆していることがわかる。この試料の酸素還元反応活性はPt(111)に比較し約2倍であり、基板の影響により表面Ptの酸素還元反応活性が変化することが分かる。
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