2013 Fiscal Year Annual Research Report
室温イオン液体－加速器電子線照射法による革新的エネルギー材料の創製
| Project/Area Number |
24350071
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
津田 哲哉 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90527235)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
|
| Keywords | ナノ材料 / エネルギー全般 / イオン液体 / 電気化学 |
|---|
| Research Abstract |
本研究課題で用いる室温イオン液体－加速器電子線照射法はイオン液体の特徴を利用したナノ粒子調製法であり、ナノ粒子の安定化剤や金属イオンの還元剤を添加することなく、様々なナノ粒子を大量に合成できる技術である。この手法を駆使することで、平成24年度には、従来の方法では調製が困難であるシリコンナノ粒子や白金-ニッケル合金ナノ粒子の合成に成功した。前者については、平均粒径が7～10 nm程度でその大きさは添加するシリコン塩の種類に依存していた。一方、白金-ニッケル合金ナノ粒子については、平均粒径が1～2 nmであった。また、白金-ニッケル合金ナノ粒子と炭素材料（例えば、単層カーボンナノチューブ）から成るコンポジット材料を作製するための方法の確立にも成功した。平成25年度は前年度までの成果を基にして、白金-ニッケル合金ナノ粒子を単層カーボンナノチューブ（SWCNT）に担持し、それを固体高分子形燃料電池用酸素還元触媒へ応用することを試みた。室温イオン液体に添加するPt塩とNi塩のモル比が3 : 1の場合に得られるPt3Niナノ粒子-SWCNT複合材料（Pt担持量：12.5 wt%）の酸素飽和0.1 M HClO4水溶液中での酸素還元反応の半波電位や電気化学的有効面積（ECSA）を調査したところ、どちらの値も同様の手法により合成したPtナノ粒子-SWCNT複合材料を上回る値を示すことが明らかとなった。Pt3Niナノ粒子の(111)面はPtやPt3Niナノ粒子の他の面よりも酸素還元反応に対する活性が高いことはよく知られている。今回作製したPt3Niナノ粒子-SWCNT複合材料は電子線回折により(111)面のピークが顕著に現れており、Pt3Niナノ粒子の(111)面の効果によって良好な酸素還元触媒能が発現したものと考えられる。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の予定通り、ナノ粒子の安定化剤を用いることなく、次世代エネルギーデバイスへの応用が期待できるシリコンおよび白金-ニッケルナノ粒子をイオン液体－加速器電子線照射法により得る方法やそれらの粒子をカーボンナノチューブなどの炭素材料に担持するための方法を確立することに成功している。また、平成25年度においてはPt3Niナノ粒子-SWCNT複合材料の酸素還元触媒能の評価を行い、これが同様の手法によって作製したPtナノ粒子-SWCNT複合材料よりも優れた酸素還元触媒能を有することを明らかにするなどの成果を挙げている。これは研究計画どおりに研究が進展していることを示している。よって、本研究はおおむね順調に進展していると判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は前年度までに得られたナノ粒子担持炭素材料の固体高分子形燃料電池用電極触媒やリチウムイオン二次電池用負極材料への応用に関する研究を行う。燃料電池用電極触媒に関する研究に使用する作用極は、作製したナノ粒子担持カーボンナノチューブ複合材料をグラッシーカーボン円板電極上に適量塗布し、その上からナフィオン溶液を滴下するなどの方法により準備する。ここで調査の対象とする合金ナノ粒子は、白金-遷移金属系および他の方法では合成が困難である白金-スズ系などである。得られた電極の触媒能については、酸素飽和過塩素酸水溶液中での電気化学測定により明らかとする。さらに、回転リングディスク電極装置を用いることにより、様々な電気化学パラメーターの算出が可能となるため、これについても調査する。これらの結果は次の電極触媒材料を合成する際のデータとして活用する。
リチウムイオン二次電池用負極に関する研究については、シリコンナノ粒子担持炭素材料をポリフッ化ビニリデン系バインダーにより、銅板上に固定するなどの工夫によって電極を作製することから実験を始める。得られた負極の評価については、イオン液体を溶媒に用いたセルを作製し、種々の電気化学測定法を駆使することで行う。また、その際の電極挙動の解明には、研究代表者らが開発しているin situ electrochemical SEM システムを積極的に活用する（Chem. Eur. J., 17(40), 11122 (2011); J. Phys. Chem. C, 116, 20902 (2012); Electrochemistry, 80, 308 (2012); Phys, Chem. Chem. Phys., 15, 18600 (2013).など）。これにより、得られた負極材料の劣化挙動を明らかとするとともに、その改善策を検討する際の参考とする。
|
Research Products
(14 results)
-
-
[Journal Article] Physicochemical properties of 1-alkyl-3-methylimidazolium chloride-urea melts2013
Author(s)
Tetsuya Tsuda, Koshiro Kondo, Masahiro Baba, Shotaro Suwa, Yuichi Ikeda, Taiki Sakamoto, Satoshi Seino, Hiroyuki Yoshida, Masanori Ozaki, Akihito Imanishi, Susumu Kuwabata
-
Journal Title
Electrochimica Acta
Volume: 100
Pages: 285-292
DOI
Peer Reviewed
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
