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MOFを基盤としたカーボンアロイ触媒および高性能非白金燃料電池の設計・開発

研究課題

研究課題/領域番号 15F15377
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 反応工学・プロセスシステム
研究機関東京工業大学

研究代表者

山口 猛央  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (30272363)

研究分担者 UNNI SREEKUTTAN  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2015-11-09 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
2017年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2016年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2015年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
キーワードSolid Alkaline Fuel Cell / Oxygen Reduction / Metal Organic Framework / Electrocatalyst / ZIF / Fuel Cell / Pt-Free Catalysts / Imidazolate Framework
研究実績の概要

Development of cost-effective electrocatalyst for oxygen reduction reaction (ORR) for low-temperature fuel cells (Solid proton/alkaline conducting membrane fuel cells) is one of the major priority research worldwide. In the present case, we have synthesized trimetallic zeolitic imidazole framework (t-ZIF) and used it as a single precursor for the preparation of the precious metal-free catalyst. t-ZIF contain Co, Fe, and Zn as metal centres and 2-methylimidazole as a ligand. During carbonization, t-ZIF produces nitrogen and Fe/Co-Nx doped carbon/ carbon nanotubes alloyed with metal/metal oxide particles encased inside the carbon structures (FeCo-NCZ). Since the electrocatalyst developed from a single precursor, a uniform distribution of active reaction centres (Fe-Nx, Co-Nx, pyridinic/graphitic coordinated nitrogen, etc.) on the surface of the electrocatalyst is obtained. Highly porous nature of the carbon achieved by the leaching-out of Zn at high temperature. The peculiar morphology and reasonably good surface area assist better mass transport and fast electron transport. ORR performance of FeCo-NCZ in alkaline (0.1 M KOH) condition shows the onset potential and half-wave potential of 1.04 V and 0.91 V vs. RHE respectively, which is more positive to commercial Pt/C catalyst. FeCo-NCZ reduces oxygen molecule through direct 4 e- pathways and shows reaction kinetic similar to Pt/C. More importantly, FeCo-NCZ displays high fuel tolerance and electrochemical stability in alkaline condition even at 60 oC. Our study shows FeCo-NCZ is a suitable alternative to Pt/C.

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 2015 実績報告書
  • 研究成果

    (3件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Direct synthesis of a carbon nanotube interpenetrated doped porous carbon alloy as a durable Pt-free electrocatalyst for the oxygen reduction reaction in an alkaline medium2017

    • 著者名/発表者名
      Sreekuttan M. Unni, Gopinathan M. Anilkumar, Masashi Matsumoto, Takanori Tamaki, Hideto Imai and Takeo Yamaguchi
    • 雑誌名

      Sustainable Energy Fuels

      巻: 1 号: 7 ページ: 1524-1532

    • DOI

      10.1039/c7se00249a

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Metal organic framework derived dual metal co-doped porous carbon for oxygen reduction reaction in alkaline condition2016

    • 著者名/発表者名
      SREEKUTTAN M. Unni
    • 学会等名
      JSPS-DST Asian Academic Seminar 2016(国際学会)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2016-12-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Carbon alloy electrocatalysts derived from metal organic framework for oxygen reduction reaction2016

    • 著者名/発表者名
      SREEKUTTAN M. Unni, G.M. Anilkumar, M. Matsumoto, T. Tamaki, T. Yamaguchi
    • 学会等名
      The 57th Battery symposium in Japan, The 20th International Symposium on Batteries, Fuel cells and Capacitor
    • 発表場所
      Chiba, Japan
    • 年月日
      2016-11-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2015-11-26   更新日: 2024-03-26  

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