| 研究課題/領域番号 |
17H01342
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
触媒・資源化学プロセス
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
中村 潤児 筑波大学, 数理物質系, 教授 (40227905)
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| 研究分担者 |
近藤 剛弘 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (70373305)
神原 貴樹 筑波大学, 数理物質系, 教授 (90204809)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
44,200千円 (直接経費: 34,000千円、間接経費: 10,200千円)
2019年度: 12,870千円 (直接経費: 9,900千円、間接経費: 2,970千円)
2018年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
2017年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)
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| キーワード | 燃料電池 / 酸素還元反応 / 白金代替触媒 / 窒素ドープカーボン触媒 / 反応メカニズム / カーボンブラック / DFT / 非白金触媒 / 窒素ドープカーボン / 反応機構 / 触媒機能解析 / ナノカーボン / 酸素還元 / ピリジン型窒素 / モデル触媒 / グラフェン |
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| 研究成果の概要 |
窒素ドープカーボン触媒は白金を使用しない燃料電池カソード触媒として最も期待されている。我々は、2016年にピリジニック窒素が活性点を形成することを世界に先駆けて報告した（Science誌、2016年）。本研究では、ピリジン型窒素を含む分子をグラファイト表面に付着させたwell-definedなモデル触媒を用いた実験を行った。その結果、ピリジン型窒素含有分子を用いたボトムアップ型の触媒設計が可能であることが明らかになった。また、ピリジン型窒素近傍の疎水性が触媒活性向上に必須であることが明らかとなった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
窒素ドープカーボンは燃料電池のカソード極の白金代替触媒として注目されているが、実用触媒の開発には触媒設計指針の確立が必要である。我々は、表面科学的手法を駆使した実験によってピリジン型窒素がORR 活性点を形成していることを明らかにした。本研究では、ピリジン型窒素を含む分子をカーボン触媒担体に付着させたモデル触媒を用いて活性点の性質やメカニズムを解明する方法論を導いた。また、活性点付近の疎水性が触媒設計において極めて重要であることを明らかにした。これらの研究成果は、窒素ドープカーボンの学術的研究として意義があり、さらに燃料電池触媒の普及にも貢献するものである。
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