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2011 Fiscal Year Annual Research Report

構造規制したナノ粒子の実用化に向けた研究

Research Project

Project/Area Number 22710099
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

中村 将志  千葉大学, 大学院・工学研究科, 助教 (70348811)

Keywords燃料電池 / ナノ粒子 / 電極触媒 / 表面構造 / 白金 / 電気二重層
Research Abstract

固体高分子形燃料電池の電極触媒として貴金属が使われているが,コスト削減のために触媒使用量を大幅に削減する必要がある。そこで本研究では,高活性な表面構造をもつ構造規制Ptナノ粒子を用い触媒使用量の削減を達成することを目的とする。このために,(1)粒径の微サイズ化,(2)触媒劣化の防止の研究を実施した。具体的な成果は次に示す。
(1)粒径の微サイズ化
構造規制したナノ粒子の合成法については,さまざまなキャッピング剤を用いた方法が提案されているが,いずれの方法も粒径は10nm程度である。実用化のためには,数nm程度まで微小化し質量比活性を向上させる必要がある。そこで,合成条件の最適化により6nm程度まで立方八面体型および四面体型ナノ微粒子の微小化に成功した。これらの微粒子について燃料電池で重要な酸素還元反応活性を評価した。面積活性は,10nmの微粒子と比較し大きな変化はなく,対して質量活性は,10nmのものより向上しており,より微小な構造規制ナノ微粒子が有効であることを示した。
(2)触媒劣化の防止
電極触媒としてPtなどの貴金属が使用される場合も燃料電池の起動停止により,触媒表面が溶解,再凝集し性能が劣化する。本研究では,表面合金による溶解防止および電気二重層内の水和イオン種を劣化防止に活用できないか検討した。前者については,高耐久性を示す合金層の発見には至っていない。しかし,後者については,Ag(100)およびPt(111)電極上の水和イオン種の構造を表面X線回折により明らかにした。特定のイオン種が表面吸着層と非共有結合性の相互作用を形成し,表面原子の酸化や溶解を防ぐ効果があることが明らかとなった。

  • Research Products

    (9 results)

All 2012 2011

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (5 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Structural dependence of intermediate species for the hydrogen evolution reaction on single crystal electrodes of Pt2011

    • Author(s)
      M. Nakamura, T. Kobayashi, N. Hoshi
    • Journal Title

      Surf. Sci

      Volume: 605 Pages: 1462-1465

    • DOI

      DOI:10.1016/j.susc.2011.05.014

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structure of the electrical double layer on Ag(100) : Promotive effect of cationic species on Br adlayer formation2011

    • Author(s)
      M. Nakamura, Y. Nakajima, N. Sato, N. Hoshi, O. Sakata
    • Journal Title

      Phys. Rev

      Volume: 84 Pages: 165433

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.84.165433

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Outer Helmholtz Plane of the Electrical Double Layer Formed at the Solid Electrode-Liquid Interfaces2011

    • Author(s)
      Masashi Nakamura, et al.
    • Journal Title

      ChemPhysChem

      Volume: 12 Pages: 1430-1434

    • DOI

      10.1002/cphc.201100011

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 固液界面の電気二重層構造と電極反応における役割2012

    • Author(s)
      中村将志
    • Organizer
      電気化学会第79回大会
    • Place of Presentation
      アクトシティ浜松(招待講演)
    • Year and Date
      2012-03-29
  • [Presentation] 構造規制した白金ナノ微粒子の触媒活性の評価2012

    • Author(s)
      星永宏
    • Organizer
      電気化学会第79回大会
    • Place of Presentation
      アクトシティ浜松
    • Year and Date
      2012-03-29
  • [Presentation] 固液界面の電気二重層構造と電極反応における役割2012

    • Author(s)
      中村将志
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学(招待講演)
    • Year and Date
      2012-03-25
  • [Presentation] X線回折による電気二重層の構造解析2011

    • Author(s)
      中村将志
    • Organizer
      分子科学討論会2011
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター
    • Year and Date
      2011-09-20
  • [Presentation] Structure of the outer Helmholtz plane on Ag(100) in CsBr2011

    • Author(s)
      Masashi Nakamura
    • Organizer
      European Conference on Surface Science
    • Place of Presentation
      ポーランドWroclaw
    • Year and Date
      2011-08-30
  • [Book] Surface analytical techniques Chapter 6, Grazing incidence X-ray diffraction2012

    • Author(s)
      O.Sakata, M.Nakamura
    • Publisher
      Springer(印刷中)

URL: 

Published: 2013-06-26  

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