2015 Fiscal Year Annual Research Report
アニオン交換膜型燃料電池のための非白金電極触媒の設計
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26630408
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
薩摩 篤 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00215758)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大山 順也 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50611597)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 燃料電池電極 / アルカリ交換膜型 / バイメタル / バイメタル / 水素酸化反応 / 酸素還元反応 / ルテニウム / 銀 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アルカリ交換膜型燃料電池において非白金材料によるアニオン交換膜型燃料電池用の高効率な電極触媒を開発し、従来の白金触媒を超える電極触媒の設計指針を提示することが本研究の目標である。本年度は(1) Agナノ粒子触媒のサイズ効果、(2) Ag-Ruナノ粒子触媒、(3)Ru-Irナノ粒子触媒について検討した。このうち(3)のRu-Irナノ粒子触媒ではPt/C触媒を超える水素酸化活性が得られた。(1)ではAgナノ粒子のアンカーかつ粒子形成場としてCoをカーボン上に導入することにより、Agナノ粒子のサイズを制御し，Ag粒子サイズとORR活性の関係を明らかにした(Catal. Lett.掲載)。この触媒上では、STEM-EDSおよびFT-EXAFSより、Ag金属粒子がサイズ2.4～12 nmでCo上に混じり合うことなく担持されていた．粒子サイズが小さくなるに従って重量当たりのORR活性が増大した。しかしながらAgのみではPtに匹敵するような触媒性能が得られないことが分かった．これを踏まえて合金化による活性向上を検討した。Ag-RuバイメタルではAgの結晶構造(fccかhcpか)による活性の制御は確認できたが、粒子径制御が困難であった。そこで、Ruと種々の金属のバイメタル化を検討した結果、Ru-Irの組み合わせで水素酸化活性が向上することを見いだした。高活性触媒開発のポイントは、調製時の温度であった。Ru-Ir/C触媒を20℃で調製したところ、従来の60℃では実不可能であったRuとIrの合金化を実現した。HOR試験の結果、Ru-Ir/Cの金属表面積あたりの活性はPt/Cより約2倍高く，さらにPt-Ru/Cと同等であった．Pt-Ru/CはPt/Cよりも約2倍高いHOR活性を示し，さらに，Pt-Ru/Cをアルカリ形燃料電池アノード触媒に用いることでプロトン交換膜形燃料電池と同等の出力が得られていると最近報告されている。このようなPt-Ru/CとRu-Ir/Cが同等の水素酸化活性を示したことから，Ru-Ir合金触媒はアノード触媒として非常に有望である。
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