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金属間化合物ナノ粒子表面の電子的・構造的修飾による触媒活性の向上および長寿命化

研究課題

研究課題/領域番号 16K05945
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 無機工業材料
研究機関神奈川大学

研究代表者

松本 太  神奈川大学, 工学部, 教授 (20318215)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2017年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2016年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード燃料電池 / 酸素還元 / d-バンドセンター / 白金 / 白金合金 / ナノ粒子 / 担持体 / 酸素還元反応 / 電極触媒 / 金属間化合物 / d-バンドセンター / ギ酸
研究成果の概要

白金および白金系合金ナノ粒子が光還元により選択的にTiOxに担持された。この担持体は、カップスタックカーボンナノチューブ(CSCNT)上にコーティングされた。このPt/TiOx/CSCNTおよびPtX/TiOx/CSCNTの酸素還元反応の電極触媒活性を評価した。また、X線光電子分光法(XPS)を用いて触媒中のPt原子の電子状態、つまりTiOx担持体とPtの電子的な相互作用strong metal support interactions が酸素還元反応を促進していることが明らかとなった。また、酸素還元反応の触媒活性の安定性もPtナノ粒子と担持体の相互作用に依っていることを考察した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

酸素還元反応は固体高分子形燃料電池のカソード反応に使われているものであり、白金の使用量を少なくすることで、燃料電池の価格が大きく変わると言われている。本研究で明らかにしたd-バンドセンターと酸素還元反応の活性の関係を使うことにより、少ない白金の量で燃料電池の性能を最大限に発揮させることができ、燃料電池の利用の拡大に大きく貢献することができる。さらに、担持体を用いた場合、触媒活性が長期間に持続することが明らかになっており、この点は、燃料電池触媒のもう一つの問題点であり、大きくこの問題を完全していることから、電池の普及に大きく関与できる。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 12件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] Cornell University(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Yonsei University(韓国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Effect of the d-Band Center on the Oxygen Reduction Reaction Activity of Electrochemically Dealloyed Ordered Intermetallic Platinum?Lead (PtPb) Nanoparticles Supported on TiO2-Deposited Cup-Stacked Carbon Nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      Ando Fuma、Tanabe Toyokazu、Gunji Takao、Kaneko Shingo、Takeda Tsuyoshi、Ohsaka Takeo、Matsumoto Futoshi
    • 雑誌名

      ACS Applied Nano Materials

      巻: 1 号: 6 ページ: 2844-2850

    • DOI

      10.1021/acsanm.8b00488

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Effect of Alloying of Transition Metals (M = Fe, Co, Ni) with Palladium Catalysts on the Electrocatalytic Activity for the Oxyge Reduction Reaction in Alkaline Media2018

    • 著者名/発表者名
      Takao Gunji, Ryo H. Wakabayashi, Seung Hyo Noh, Byungchan Han, Futosh Matsumoto, Francis J. DiSalvo, Héctor D. Abruña,
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta

      巻: 283 ページ: 1045-1052

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2018.06.051

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Electrocatalytic Activity of Structurally Ordered Intermetallic PdCu3 Nanoparticles towards Oxygen Reduction Reaction in Acidic Media2018

    • 著者名/発表者名
      Takao Gunji, Seung Hyo Noh, Fuma Ando, Toyokazu Tanabe, Byungchan Han, Takeo Ohsaka, Futoshi Matsumoto
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 6 号: 30 ページ: 14828-14837

    • DOI

      10.1039/c8ta03233e

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] An Enhanced Electrocatalytic Activity of Carbon-Supported Ordered Intermetallic Palladium-Lead (Pd3Pb) Nanoparticles towards Electrooxidation of Formic Acid, Chemistry of Materials2017

    • 著者名/発表者名
      Gunji, Takao; Noh, Seung Hyo; Tanabe, Toyokazu; Han, Byungchan; Nien, Chiao Yin ; Ohsaka, Takeo; Matsumoto, Futoshi
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: -

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Improvement of ORR Activity and Durability of Pt Electrocatalyst Nanoparticles Anchored on TiO2/Cup-Stacked Carbon Nanotube in Acidic Aqueous Media2017

    • 著者名/発表者名
      Fuma Ando, Toyokazu Tanabe, Takao Gunji, Takashi Tsuda, Shingo Kaneko, Tsuyoshi Takeda, Takeo Ohsaka, Futoshi Matsumoto
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta

      巻: 232 ページ: 404-413

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhancement of the Electrocatalytic Oxygen Reduction Reaction on Pd3Pb Ordered Intermetallic Catalyst in Alkaline Aqueous Solutions2016

    • 著者名/発表者名
      A.J. Jeevagan, T. Gunji, F. Ando, T. Tanabe, S. Kaneko, F. Matsumoto
    • 雑誌名

      J. Appl. Electrochem.

      巻: 46 ページ: 745-753

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhancement of the Oxygen Reduction Reaction (ORR) on a PtPb Nanoparticle /TiO2/Cup-stacked Carbon Nanotube Composite in Acidic Aqueous Solutions based on the Electronic Interaction between PtPb and TiO22016

    • 著者名/発表者名
      Fuma Ando, Takao Gunji, Toyokazu Tanabe, Shingo Kaneko, Tsuyoshi Takeda, Takeo Ohsaka, Futoshi Matsumoto
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 72 ページ: 53-62

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of Reduced Graphene Oxide-Supported PtAu Catalysts and Their Electrocatalytic Activity for Formic Acid Oxidati2016

    • 著者名/発表者名
      Arockiam John Jeevagan, Takao Gunji, Toyokazu Tanabe, Shingo Kaneko, Futoshi Matsumoto
    • 雑誌名

      ECS Transactions

      巻: 72 ページ: 15-21

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 担持体および第二元素を用いたPt系金属間化合物ナノ粒子のPt d-バンドセンターのチューニングによるORR活性の向上に関する検討(4)2019

    • 著者名/発表者名
      安藤 風馬,田邉 豊和,郡司 貴雄,金子 信悟,大坂 武男,松本 太
    • 学会等名
      電気化学会第86回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] n Electrochemical Dealloying of Ordered Intermetallic Platinum-Lead (PtPb) Nanoparticles Supported on TiO -Deposited Cup-Stacked Carbon Nanotube for Highly Efficient Catalysis Toward Oxygen Reduction Reaction in Acidic Media2018

    • 著者名/発表者名
      F. Ando, Toyokazu Tanabe, T. Gunji, S. Kaneko, T. Ohsaka, F. Matsumoto,
    • 学会等名
      AIMES 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of the d-Band Center on the Oxygen Reduction Reaction Activity of Electrochemically Dealloyed Ordered Intermetallic Platinum Lead (PtPb) Nanoparticles Supported on TiO2-Deposited Cup-Stacked Carbon Nanotubes2018

    • 著者名/発表者名
      安藤風馬,松本 太
    • 学会等名
      The 28th Annual Meeting of MRS-J
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Relationship between d-band center of Dealloyed PtPb Ordered Intermetallic Nanoparticle Deposited on TiO2/ Cup-Stacked Carbon Nanotube and ORR Activity in Acidic Aqueous Media2018

    • 著者名/発表者名
      Fuma Ando, Takashi Tsuda, Toyokazu Tanabe, Takeo Ohsaka, Futoshi Matsumoto
    • 学会等名
      22nd Topical Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Relationship between the Degree of Dealloying of Ptpb Ordered Intermetallic Nanoparticle Deposited on TiO2 / Cup-Stacked Carbon Nanotube and ORR Activity in Acidic Aqueous Media for Polymer Electrolyte Fuel Cells2018

    • 著者名/発表者名
      F. Ando, T. Tanabe, T. Ohsaka, F. Matsumoto
    • 学会等名
      233rd ECS meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of Electrochemical ORR Activity and Its Durability with Pt Electrocatalyst Nanoparticles Anchored on MO x /Cup-Stacked Carbon Nanotube in Acidic Aqueous Media2017

    • 著者名/発表者名
      F. Ando, T. Tanabe, T. Gunji, S. Kaneko, T. Ohsaka, F. Matsumoto
    • 学会等名
      231th ECS meeting
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of Metal ixide-Supported Metal and Ordered Intermetallic Nanoparticles to Enhance the Oxygen Reduction Reaction in PEMFC2017

    • 著者名/発表者名
      F. Ando. T. Tanabe, T. Ohsaka, F. Matsumoto
    • 学会等名
      Advances in Functional Materials
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Relationship Between ORR Catalytic Activity and D-Band Center of Pt Nanoparticle Deposited on Metal Oxide Support Materials2017

    • 著者名/発表者名
      F. Ando, T. Tanabe, T. Gunji, T. Tsuda, S. Kaneko, T. Takeda, T. Ohsaka, F. Matsumoto
    • 学会等名
      232th ECS meeting
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 固体高分子形燃料電池用酸素還元電極触媒の触媒活性と電極触媒表面の電子状態の関係の解明2017

    • 著者名/発表者名
      安藤 風馬, 田邊 豊和, 大坂 武男, 松本 太
    • 学会等名
      7th CSJ Chemistry Festa
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] The Enhanced Electrocatalytic Activity over Pd-base Intermetallic Compound2017

    • 著者名/発表者名
      T. Gunji, T. Tanabe, T. Ohsaka, F. Matsumoto
    • 学会等名
      International Symposium on Novel Energy Nanomaterials, Catalysts and Surfaces for Future Earth- Material Research, Characterization and Imaging by In situ/Operando XAFS and X-ray Techniques -
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] the Enhanced Electrocatalytic Activity over Carbon-Supported Pd-Based Ordered Intermetallic Compounds2016

    • 著者名/発表者名
      T. Gunji, T. Tanabe, S. Kaneko, T. Ohsaka, and F. Matsumoto
    • 学会等名
      PRiME2016
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Facile Route for the Preparation of Ordered Intermetallic Pt3Pb-PtPb Core-Shell Nanoparticles and Its Enhanced Activity for Alkaline Methanol and Ethanol Oxidation2016

    • 著者名/発表者名
      F. Matsumoto, T. Gunji, T. Tanabe, S. Kaneko, and T. Ohsaka
    • 学会等名
      PRiME2016
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2016-10-02
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthesis of Reduced Graphene Oxide-Supported PtAu Catalysts and Their Electrocatalytic Activity for Formic Acid Oxidation2016

    • 著者名/発表者名
      A. J. Jeevagan, T. Gunji, T. Tanabe, S. Kaneko, and F. Matsumoto
    • 学会等名
      229th ECS meeting
    • 発表場所
      San Diego, US
    • 年月日
      2016-05-29
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The Effect of Alloying of Transition Metals (M = Fe, Co and Ni) to Palladium Catalyst on Durability of Electrocatalytic Activity of Oxygen Reduction Reaction in Alkaline Media2016

    • 著者名/発表者名
      T. Gunji, R. Wakabayashi, H. D. Abruña, F. DiSalvo and F. Matsumoto
    • 学会等名
      229th ECS meeting
    • 発表場所
      San Diego, US
    • 年月日
      2016-05-29
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhancement of the Oxygen Reduction Reaction (ORR) on a PtPb Nanoparticle /TiO2/Cup-stacked Carbon Nanotube Composite in Acidic Aqueous Solutions based on the Electronic Interaction between PtPb and TiO22016

    • 著者名/発表者名
      F. Ando, T. Gunji, T. Tanabe, S. Kaneko, T. Takeda, T. Ohsaka, and F. Matsumoto
    • 学会等名
      229th ECS meeting
    • 発表場所
      San Diego, US
    • 年月日
      2016-05-29
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] 金属間化合物ナノ粒子の電極触媒としての固体高分子形燃料電池への適用2017

    • 著者名/発表者名
      郡司貴雄, 田邉豊和, 松本 太
    • 総ページ数
      11
    • 出版者
      Acc. Mater. Surf. Res
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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