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2012 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

Research Project

Project/Area Number 22360298
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

和田山 智正  東北大学, 環境科学研究科, 教授 (20184004)

Project Period (FY) 2010-04-01 – 2013-03-31
Keywords固体高分子形燃料電池 / 合金触媒 / 酸素還元反応活性 / 表面設計 / 表面科学 / 電気化学 / 分子線エピタキシ
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。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Pt/Au(110)表面合金系に加え非Pt系としてNi/Pd(111)表面合金系の酸素還元反応(ORR)を検討した。
超高真空(UHV)中で作製したPt/Au(110)やNi/Pd(111)の表面構造を高速反射電子線回折法(RHEED)で評価した後、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 HClO4溶液中でサイクリックボルタモグラム(CV)をさらに酸素飽和溶液中で対流ボルタモグラム(LSV)測定を行い、最表面構造の酸性溶液中における電気化学的安定性やORR活性を評価した。
Au(110)基板上に単原子層厚に相当するPをMBE堆積した場合、基板を完全に被覆することが出来ずPt(110)に比較して活性が低下した。一方、Ni/Pd(111)系では堆積基板温度の上昇とともに基板Pd原子が表面偏析しPdスキンが形成されるが、その最表面のORR活性はPd(111)より高いことを明らかにした。ただし、Pt系に比較してPd系はORR活性および電気化学的安定性が低く今後の課題といえる。

Current Status of Research Progress
Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (16 results)

All 2013 2012 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (13 results) (of which Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Electrochemical Stability of Topmost Surface of Pt-Enriched Ni/Pt(111) Prepared by Molecular Beam Epitaxy2013

    • Author(s)
      N. Todoroki, Y. Iijima, R. Takahashi, Y. Yamada, K. Matsumoto, T. Hayashi, T. Wadayama
    • Journal Title

      ECS Trans.

      Volume: 50 Pages: 1707-1713

    • DOI

      10.1149/05002.1701ecst

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Oxygen reduction reaction activities for Pt-enriched Co/Pt(111), Co/Pt(100), Co/Pt(110) model catalyst surfaces prepared by molecular beam epitaxy2013

    • Author(s)
      Y. Yamada, K. Miyamoto, T. Hayashi, Y. Iijima, N. Todoroki, T. Wadayama
    • Journal Title

      Surf. Sci.

      Volume: 607 Pages: 54-60

    • DOI

      10.1016/j.susc.2012.08.016

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Outermost Surface Structures and Oxygen Reduction Reaction Activities of Pt/Au(111) surfaces prepared by molecular beam epitaxy2012

    • Author(s)
      Y. Iijima, Y. Takahashi, K. Matsumoto, T. Hayashi, N. Todoroki, T. Wadayama
    • Journal Title

      J. Electroanal. Chem.

      Volume: 685 Pages: 79-85

    • DOI

      10.1016/j.jelechem.2012.09.007

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] MBE法により作製したPt基合金表面系の酸素還元反応活性

    • Author(s)
      和田山 智正
    • Organizer
      電気化学会第80回大会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Invited
  • [Presentation] MBE構築Ni/Pt(111)表面合金のORR活性と耐久性:Ptスキン層厚依存性

    • Author(s)
      轟 直人、浅木森 遊、高橋 亮太、飯島 佑基、和田山 智正
    • Organizer
      電気化学会第80回大会
    • Place of Presentation
      仙台
  • [Presentation] HOPG基板上にアークプラズマ堆積したPt基合金ナノ微粒子の電極触媒特性

    • Author(s)
      高橋 俊太郎、林 丈洋、遠藤 奨太、和田山 智正
    • Organizer
      電気化学会第80回大会
    • Place of Presentation
      仙台
  • [Presentation] 単原子厚NiをMBE堆積したPd(111)表面合金の酸素還元反応活性

    • Author(s)
      高橋 佑、矢作 駿、 松本 健一、 飯島 佑基、 和田山 智正
    • Organizer
      第80回電気化学会
    • Place of Presentation
      仙台
  • [Presentation] MBE堆積Pt/Au(hkl)モデル表面合金の電気化学特性

    • Author(s)
      近土 昂之、番土 陽平、 高橋 佑、 飯島 佑基、 轟 直人、 和田山 智正
    • Organizer
      第80回電気化学会
    • Place of Presentation
      仙台
  • [Presentation] MBE構築Pt-Ni二元表面合金の最表面構造と電極触媒特性

    • Author(s)
      轟 直人、飯島 佑基、高橋 亮太、太斎 貴文、和田山 智正
    • Organizer
      第53回電池討論会
    • Place of Presentation
      福岡
  • [Presentation] MBE堆積Pt/Au(111)の表面構造と酸素還元反応活性

    • Author(s)
      高橋 佑、飯島 佑基、松本 健一、高橋 亮太、林 丈洋、轟 直人、和田山 智正
    • Organizer
      第53回電池討論会
    • Place of Presentation
      福岡
  • [Presentation] アークプラズマ蒸着法によりHOPG基板上に堆積した合金ナノ微粒子の電気化学特性

    • Author(s)
      林 丈洋、轟 直人、高橋 俊太郎、髙橋 佑、近土 昂之、和田山 智正
    • Organizer
      第53回電池討論会
    • Place of Presentation
      福岡
  • [Presentation] xygen Reduction Reaction Activity and Stability for Platinum-enriched Ni/Pt(111) Bimetallic Surfaces Prepared by Molecular Beam Epitaxy

    • Author(s)
      N. Todoroki, R. Takahashi, Y. Yamada, Y. Iijima, T. Hayashi, T. Wadayama
    • Organizer
      International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials
    • Place of Presentation
      ブリスベン, オーストラリア
    • Invited
  • [Presentation] ORR Activity Enhancement of MBE-prepared Pt monolayer on Au(111) Single Crystal Substrate

    • Author(s)
      Y. Iijima, Y. Takahashi, N. Todoroki, K. Matsumoto, T. Wadayama
    • Organizer
      PRIME2012
    • Place of Presentation
      ホノルル, アメリカ合衆国
  • [Presentation] Electrochemical stability for Pt-enriched Ni/Pt(111) topmost surface prepared by molecular beam epitaxy

    • Author(s)
      N. Todoroki, Y. Iijima, R. Takahashi, K. Matsumoto, Y. Yamada, T. Hayashi, T. Wadayama
    • Organizer
      PRIME2012
    • Place of Presentation
      ホノルル, アメリカ合衆国
  • [Presentation] Auナノ微粒子のアークプラズマ堆積とPtによる表面修飾

    • Author(s)
      林 丈洋、 轟 直人、高橋 俊太郎、髙橋 佑、近土 昂之、和田山 智正
    • Organizer
      2012年日本金属学会秋期大会
    • Place of Presentation
      松山
  • [Presentation] Electrochemical Properties for MBE-prepared Pt/Au(111) Single Crystal Surfaces

    • Author(s)
      Y. Iijima, R. Takahashi, K. Matsumoto, Y. Yamada, T. Hayashi, N. Todoroki, T. Wadayama
    • Organizer
      63rd Anuual Meating of the International Society of Electrochemistry
    • Place of Presentation
      プラハ, チェコ

URL: 

Published: 2014-07-24  

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