| 研究課題/領域番号 |
13650881
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
工業物理化学
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| 研究機関 | 山梨大学 |
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研究代表者 |
内田 裕之 山梨大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20127434)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2002
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| 研究課題ステータス |
完了 (2002年度)
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| 配分額 *注記 |
3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2002年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
2001年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円)
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| キーワード | 水晶振動子 / EQCM / 電極触媒 / 燃料電池 / 一酸化炭素 / 耐CO被毒 / 酸素還元 / 白金合金 |
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| 研究概要 |
クリーンで高効率な燃料電池の実用化には高性能電極触媒の開発が必要不可欠である。本研究は、高性能電極触媒設計指針を得るために、高精度な電気化学水晶振動子ナノバランス(EQCN)法を構築し、燃料電池電極反応をその場解析し、以下の研究成果を得た。
1.10MHz基本振動のEQCNシステム(雰囲気制御電気化学セル)を構築し、その測定限界の±0.1Hz(±0.4ng/cm^2)の精度と時間安定性を実現できた。
2.当研究室で新たに見出したPt-FeとPt-Co合金電極を水晶振動子上に同時スパッタ法で調製し、過塩素酸電解液中での電気化学的安定化処理におけるFeあるいはCo成分の溶出過程をEQCNでその場解析できた。また、EQCNの結果と、溶解イオン量のICPによる定量分析、吸着水素電気量変化の解析、および電気化学トンネル顕微鏡観察から、電気化学的安定化処理により第2成分の溶出と同時に数原子層のPt皮膜の生成・再配列過程が起こっていることを明確に示すことができた。
3.安定化したPt-FeおよびPt-Co電極と単味Pt電極にCOを飽和吸着させ、その電気化学的酸化過程をEQCNでその場解析できた。アノード掃引時のボルタモグラムでは、両方の電極ともに、水素脱離波が消え0.40V付近にプレピーク(P_1)が、0.70V付近に主酸化ピーク(P_2)が観測された。質量変化と電気量の関係を解析し、単味Pt電極のP_1ではCOOH種が1電子酸化脱離し、Pt-Fe, Pt-Co合金電極のP_1では吸着力の弱いCOが酸化されている事を明らかにできた。また、全ての電極のP_2では、COが酸化脱離した空きサイトの一部に水和した過塩素酸アニオンが吸着している可能性が高いことを示した。
4.燃料電池の高効率化に最も重要な酸素還元反応を初めてEQCN解析した。Pt単味電極では、かなりの大きな過電圧をかけてもPt-Oのような反応中間体が常に一定濃度だけ表面に残存していることがわかった。これに対し、Pt-FeやPt-Co合金ではPt単味とは電子状態が異なるため、反応が速やかに進行して表面種濃度がきわめて低いことがわかった。
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