| 研究課題/領域番号 |
19K05657
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
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| 研究機関 | 神奈川大学 |
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研究代表者 |
松本 太 神奈川大学, 工学部, 教授 (20318215)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 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 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 燃料電池 / 酸素還元反応 / d-バンドセンター / 担持体 / 電極触媒 / 白金 / ｄ－バンドセンタ / 遷移金属酸化物 / 担持体効果 / 金属間化合物 / d－バンドセンター |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ORR活性の研究には、Pt系合金ナノ粒子のORR活性と触媒中のPtのd-バンドセンターの関係がその指標として用いられている。このd-バンドセンターの位置は、酸素分子の触媒表面への吸着の度合いを示しており、触媒反応にちょうど良い吸着の程度があることを示している。本研究では、このORR活性とd-バンドセンターの位置の関係をベースに、この関係性が実際に成り立つのか、さらに、この頂点に位置する触媒をPt系ナノ粒子触媒に添加する第二元素、さらにそのPt系触媒を担持させる金属間化物の種類を検討し、これらとPt原子との二つの電子的相互作用によりPtの軌道に変化を与え、ORR活性の向上を検討する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、酸素還元反応の活性を十分に向上するために、白金ナノ粒子の電子状態と酸素還元反応の関係性を明らかにすることを目的とした。遷移金属酸化物 (MOx, M = Ti, Nb, Ta, W, Y and Zr)および遷移金属を二種類用いた複合遷移金属酸化物 (M1M2Ox; M1M2 = TiNb, NbTa, and TaW)上に白金ナノ粒子を担持させることにより、酸素還元反応を様々に変化させた電極触媒を調製した。白金ナノ粒子の電子状態と酸素還元反応の関係は従来から予想されている火山型の関係を示すことが明らかとなった。また、白金/TiNbOxにおいて最大活性を観察することができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
現在、CO2を削減し水素(H2)を主とするエネルギー構成が進んでいることで、中低温での作動を可能とし、H2と酸素(O2)から高効率で電気エネルギーが得られる固体高分子形燃料電池(PEFC)に注目が高まっている。しかし、現在のPEFCの正極側で生じる酸素還元反応(ORR)の触媒として用いられているカーボンブラック(CB)上に担持した白金(Pt)触媒(Pt/CB)は、ORRで高い過電圧が生じること触媒の劣化に関して問題視されている。本研究において従来のPt/CBに比べ、触媒活性と触媒耐久性を両立する触媒を開発した。この研究成果は他の触媒開発においても研究開発の参考になるものである。
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