高エネルギーイオンビームによる金属ナノ微粒子の表面改質と燃料電池用触媒への応用

• 研究課題/領域番号: 20760600
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 八巻 徹也 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用研究部門, 研究副主幹 (10354937)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2009年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2008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: イオンビーム / 電子励起効果 / 金属ナノ微粒子 / 酸素還元触媒 / 燃料電池 / 表面改質 / サイクリックボルタモグラム / 回転ディスク電極法

研究概要

電子線やγ線、X線などの放射線にはないイオンビームによる高密度な電子励起効果を利用して、ナノ微粒子の表面を改質・制御し、固体高分子形燃料電池に応用可能な酸素還元触媒を作製することを試みた。電気化学的特性を評価した結果、よりイオンビームの照射により触媒活性の表面積が増大することが見出された。イオンビームによる励起と量子化されたナノ微粒子の表面電子系とが結合したことによる局所的な構造変化が原因と考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Ion Beam Modification of Pt Electrocatalyst Nanoparticles for Polymer Electrolyte Fuel Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaki, S. Yamamoto, T. Hakoda, H. Koshikawa
  • 雑誌名: Mater. Res. Soc. Symp. Proc 1217
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Versatile Tool for Developing Polymer Electrolyte Fuel-Cell Membranes (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaki, Quantum Beam Technology
  • 雑誌名: J. Power Sources 195 ページ: 5848-5855
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ion Beam Modification of Pt Electrocatalyst Nanoparticles for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Yamaki et al.
  • 雑誌名: Materials Research Society Symposium Proceedings 1217
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fuel-Cell Performance of Multiply-Crosslinked Polymer Electrolyte Membranes Prepared by Two-Step Radiation Process (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaki, S. Sawada, M. Asano, Y. Maekawa, M. Yoshida, L. Gubler, S. Alkan-Gursel, G.G. Scherer
  • 雑誌名: ECS Transactions 25 ページ: 1439-1450
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of Etch Rate for Preparation of Nano-Sized Ion-Track Membranes of Poly(vinylidene fluoride): Effect of Pretreatment and High-LET Beam Irradiation (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Rosiah, T. Yamaki, H. Koshikawa, S. Takahashi, S. Hasegawa, M. Asano, Y. Maekawa, K. -O. Voss, C. Trautmann, R. Neumann
  • 雑誌名: Nucl. Instrum. Meth. B 267 ページ: 554-557
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cross-Linker Effect in ETFE-Based Radiation-Grafted Proton-Conducting Membranes (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Ben yousef, L. Gubler, T. Yamaki, S. Sawada, S. Alkan-Gursel, A. Wokaun, G.G. Scherer
  • 雑誌名: J. Electrochem. Soc 156
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fuel-Cell Performance of Multiply-Crosslinked Polymer Electrolyte Membranes Prepared by Two-Step Radiation Process (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yamaki et al.
  • 雑誌名: ECS Transactions 25 ページ: 1439-1450
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of etch rate for preparation of nano-sized ion-track membranes of poly(vinylidene fluoride) : Effect of pretreatment and high-LET beam irradiation (2009)
  • 著者名/発表者名: R. Rosiah, T. Yamaki, et al.
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B 267 ページ: 554-557
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cross-linker effect in ETFE-based radiation-grafted proton-conducting membranes (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Ben youcef, L. Gubler, T. Yamaki, et al
  • 雑誌名: Journal of the Electrochemical Society 156
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of Anisotropically Proton-Conductive Materials Based on Poly(vinylidene fluoride) ion track membranes (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaki, M. Asano, H. Koshikawa, Y. Maekawa, R. Neumann, C. Trautmann, K. -O. Voss
  • 雑誌名: GSI Scientific Report 341
  • 査読あり
• [雑誌論文] Preparation of anisotropically proton-conductive materials based on poly(vinylidene fluoride) ion track membranes (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaki, et al.
  • 雑誌名: GSI Scientific Report ページ: 341-341
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Beam Technology : A Versatile Tool for Developing Polymer Electrolyte Fuel-Cell Membranes
  • 著者名/発表者名: T.Yamaki
  • 雑誌名: Journal of Power Sources (印刷中)
  • 査読あり
• [学会発表] A Versatile Tool for Developing Polymer Electrolyte Fuel-Cell Membranes (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaki, Quantum Beam Technology
  • 学会等名: 4th International Conference on Polymer Batteries and Fuel Cells (PBFC2009)
  • 発表場所: Yokohama Symposia (Yokohama, Japan)
  • 年月日: 2009-08-05
• [学会発表] Quantum Beam Technology : A Versatile Tool for Developing Polymer Electrolyte Fuel-Cell Membranes (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Yamaki
  • 学会等名: 4th International Conference on Polymer Batteries and Fuel Cells(PBFC2009)
  • 発表場所: 横浜シンポジア(神奈川県横浜市)
  • 年月日: 2009-08-05
• [学会発表] 高エネルギー重イオンビームによる燃料電池用ナノ構造制御電解質膜の開発 (2008)
  • 著者名/発表者名: 八巻徹也、浅野雅春、小林美咲、野村久美子、高木繁治、前川康成、吉田勝
  • 学会等名: 第10回応用加速器・関連技術研究シンポジウム
  • 発表場所: 東京工業大学百年記念館(東京)
  • 年月日: 2008-06-12
• [学会発表] 高エネルギー重イオンビームによる燃料電池用ナノ構造制御電解質膜の開発 (2008)
  • 著者名/発表者名: 八巻徹也, ら
  • 学会等名: 第10回応用加速器・関連技術研究シンポジウム
  • 発表場所: 東京工業大学(東京)
  • 年月日: 2008-06-12
• [図書] Current Developments of Radiation-Induced Graft in Membranes (2009)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaki, et al.
  • 総ページ数: 49
  • 出版者: Research Signpost
• [図書] Current Developments of Radiation-Induced Graft in Membranes (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaki, M. Asano, M. Yoshida
  • 出版者: Research Signpost
• [産業財産権] 燃料電池用電解質膜及びその製造方法 (2008)
  • 発明者名: 小林美咲、八巻徹也、浅野雅春、吉田勝、前川康成
  • 権利者名: 小林美咲、八巻徹也、浅野雅春、吉田勝、前川康成
  • 出願年月日: 2008-12-10
• [産業財産権] 多孔質酸化チタン薄膜とその製造方法 (2008)
  • 発明者名: 八巻徹也、伊藤久義、篠原竜児、浅井圭介、阿部弘亨、土方泰斗、矢口裕之
  • 権利者名: 八巻徹也、伊藤久義、篠原竜児、浅井圭介、阿部弘亨、土方泰斗、矢口裕之
  • 出願年月日: 2008-06-18
• [産業財産権] 燃料電池用電解質膜及びその製造方法 (2008)
  • 発明者名: 小林美咲, 八巻徹也, ら
  • 権利者名: 日本原子力研究開発機構, 他
  • 出願年月日: 2008-12-10
  • 外国
• [産業財産権] 多孔質酸化チタン薄膜とその製造方法 (2008)
  • 発明者名: 八巻徹也, ら
  • 権利者名: 日本原子力研究開発機構, 他
  • 取得年月日: 2008-06-18