| 研究課題/領域番号 |
19K22202
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分34:無機・錯体化学、分析化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 北海道大学 (2020)
大阪大学 (2019) |
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研究代表者 |
小野田 晃 北海道大学, 地球環境科学研究院, 教授 (60366424)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2021-03-31
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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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2020年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
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| キーワード | 固体高分子形燃料電池 / 非貴金属カーボン電極触媒 / 酸素還元反応 / カーボン材料 / ジアザヘキサベンゾコロネン / カーボンエッジ / カーボンエッジ配位化学 / 非貴金属カーボン触媒 / 電極触媒 / ジアザヘキサベンゾ コロネン |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、固体高分子形燃料電池カソードにおいて酸素から水への４電子還元を伴う酸素還元反応のための高効率かつ高耐久性を兼ね備えた非貴金属カーボン電極触媒を開発する。電導性・高耐久性を兼ね備えたグラフェン材料に、酸素還元を触媒する精密な金属活性点を組み込んだ非貴金属カーボン電極触媒を調製する。ジアザヘキサベンゾコロネン骨格を基軸として、カーボンエッジ配位化学に立脚した含窒素金属錯体活性点の構築と、プログラム化サーマル合成を駆使したグラフェン構造の構築、を両輪としたカーボン触媒調製法を突破口に、高活性・高耐久性を実現した非貴金属カーボン電極触媒を創製する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、電気化学的酸素還元のための非貴金属電極触媒となるFe/N/C触媒を高活性化するために、Fe-Nx活性点の精密な構築手法を開拓した。具体的には、平面的に縮環するように並んだ芳香環が焼成時に優先的に酸化され、熱的に安定なグラフェン構造を構築する性質を利用した。2,3-ビスピリジルトリフェニレン構造を有するモノマーからボトムアップ合成により調製されるポリマーを前駆体に利用し、含窒素グラフェンナノリボン構造上にFe-Nx活性点をもつFe/N/C触媒を調製した。この触媒の構造同定を行うとともに、高い酸素還元反応活性を示すことを電気化学的手法により明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
固体高分子形燃料電池は、高効率なエネルギー変換を実現する技術として最も期待されている。しかし、カソードでの酸素から水への４電子還元を伴う酸素還元反応の高活性かつ安価な電極触媒の開発が依然としてボトルネックであり、白金電極材料に代わる非貴金属材料を基盤とした高効率かつ高耐久性を兼ね備えたカソード電極材料の開発が望まれている。本研究では、高電導性・高耐久性を兼ね備えたグラフェン材料に、酸素還元を触媒する精密な金属活性点を組み込んだ非貴金属カーボン電極触媒の開発に取り組んだ基礎研究として意義がある。
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