2014 Fiscal Year Annual Research Report
白金とは異なる酸素還元経路をもつ燃料電池用金属ポルフィリンネットワーク触媒の開発
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24655119
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
山口 孝浩 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (90272947)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 燃料電池 / 金属ポルフィリン / イオンネットワーク / 酸素還元 / 開回路電位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
固体高分子型燃料電池白金代替酸素極を念頭に、申請者等の開発した熱処理鉄ポルフィリンにおいて、白金系とは異なる新規酸素還元機構の証明、酸性下での長期動作安定性を明らかにすると共に、応用展開を狙って、本触媒を配向制御したまま集電剤へ担持する手法の確立に挑戦することを目的とした。
研究期間内では、応用展開への検討は未完のままであったが、反応機構の証明と安定性の評価に重点を置いた。種々の電気化学測定法による検討の中、原始的な開回路電位変動が有用な評価方法であることを示した点は特筆すべき点である。この測定結果をボルタモグラムと併せて考察することで、推論であった新規酸素還元機構が少しずつ明らかになった。以下にその現状を記す。
触媒の調整からは、１）バリウムイオンによる沈殿形成はイオンネットワークよりも鉄ポルフィリンダイマーの保持に作用している点と、２）400度以上の熱処理により中心金属に関係なくポルフィリン環に由来する新規な酸化還元部位が発生する点が明らかとなった。この2点は鉄ポルフィリンの酸素還元開始状態を検討する上で重要な知見となる。開回路電位変動測定により、酸素吸着により本触媒は高原子価状態へ電荷分離する一方で，過酸化水素は特異的に吸着するものの高原子価状態へ移行しないことが判った。この結果は過酸化水素存在下での熱処理金属ポルフィリン触媒が侵されにくく、耐久性を向上する要因となっていると考えられる。以上の結果は、鉄ポルフィリンダイマーにおいては酸素分子の吸着サイトは二つのポルフィリンからなる中心鉄と環内窒素の4点で保持され、それぞれの鉄ポルフィリンから2電子ずつ供与することで，水へと還元する一歩進んだメカニズムを提唱することが出来たと同時に、バリウムイオン架橋による耐酸性の向上から、白金代替触媒としての魅力が高まったといえる。
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