| 研究課題/領域番号 |
18H04145
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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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| 審査区分 |
中区分64:環境保全対策およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
佐藤 義倫 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30374995)
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| 研究分担者 |
田路 和幸 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (10175474)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
44,330千円 (直接経費: 34,100千円、間接経費: 10,230千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2020年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円)
2019年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円)
2018年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
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| キーワード | 窒素置換型炭素材料 / カーボンナノチューブ / 黒鉛 / カーボンブラック / 固体高分子形燃料電池 / 酸素還元反応触媒 / フッ素化－脱フッ素化 / 空孔欠陥 / 酸素還元反応 |
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| 研究成果の概要 |
黒鉛などの「平面炭素骨格」とナノチューブの「曲率炭素骨格」のどちらの炭素骨格においても、「フッ素化－脱フッ素化法」によって高濃度のピリジン窒素種（Pyri-N）を導入することに成功した。さらに不活性ガス中の熱処理によって、Pyri-Nは分解して安定構造のグラファイト窒素種（Grap-N）に構造転移し、Grap-Nの存在比率が高くなることもわかった。炭素材料の電子状態は炭素骨格の曲率に大きく依存し、酸素還元反応触媒活性を高めるには、ナノサイズのエッジにGrap-Nのドープピングを行い、電子密度を増加させることが必要不可欠であることを明かにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
「フッ素化―脱フッ素化を経由した合成後異元素導入法」により、低エネルギーで異元素置換型炭素材料の合成が可能となり、「フッ素化―脱フッ素化を利用した炭素表面改質制御」という新しい学問分野を開拓した。
本研究から得た触媒活性サイト・触媒発現機構の知見により、より低コストであるカーボンブラック等の炭素骨格に高効率な酸素還元反応（ORR）触媒活性サイトを導入することで、白金触媒相当のORR触媒活性を発現できると期待される。これにより、白金の約100分の1の低コストにして長寿命・高活性の校正の白金代替触媒材料の開発・実用化が加速し、固体高分子形燃料電池の大規模普及につながることが期待される。
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