| 研究課題/領域番号 |
20H00367
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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32:物理化学、機能物性化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
朝倉 清高 北海道大学, 触媒科学研究所, 教授 (60175164)
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| 研究分担者 |
和田 敬広 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 講師 (10632317)
三輪 寛子 電気通信大学, 燃料電池・水素イノベーション研究センター, 特任准教授 (90570911)
増田 卓也 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, グループリーダー (20466460)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
44,980千円 (直接経費: 34,600千円、間接経費: 10,380千円)
2023年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
2022年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
2021年度: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円)
2020年度: 13,650千円 (直接経費: 10,500千円、間接経費: 3,150千円)
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| キーワード | X線吸収分光 / 燃料電池 / 構造解明 / operando / サラーサーチ / PtAuナノ粒子 / オペランド / Pt/Pd/Au / サラーサーチ法 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高効率燃料電池の開発を目的に Pt合金ナノクラスターの合金効果の解明研究を行う。具体的には、Au上にCoを蒸着し、Coの厚みを変化させることで、Co-Coの結合距離を変化させ、その上にのったPtの結合距離と活性を追跡することで、合金効果がPt-Ptの結合距離短縮効果なのか電子移動によるのかを明らかにする。このために必要なBCLA+PTRF-XAFS法の開発を行う。最終的にPt-Ptの結合距離と活性相関、電子状態と結合距離の関係および理論計算や表面科学的手法からの知見を総合し、合金効果を明らかにする。これにより、燃料電池触媒開発に必要な知見を提供し、開発を加速する。
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| 研究成果の概要 |
燃料電池白金触媒を合金化すると高活性化する。この高活性化の要因が、電荷移動なのか，構造変化なのかを調べることを目的に、偏光全反射蛍光X線吸収微細構造分光(PTRF-XAFS)法の超高感度化とAu単結晶基板上にPdを複数層載せ、その上にPtを展開し、電荷移動量、Pt-Ptの結合距離とPt活性の関連を調べた。Pdの膜厚を原子レベルでコントロールした薄膜作成に成功し、その結合距離と膜厚との関連を得た。また、Ptを1原子状に展開することにも成功した。BCLA（Bent Crystal Laue Analyzer)分光器を用いてPTRF-XAFS法の超高感度化を実現し、その限界を明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
Au上にPtやPdなどをLayer-by-Layerに制御して載せる手法は、まだ確立していなかったが、本研究により電流量を制御することで、PdをLayer-byーLayerに載せられることを明らかにした。またPbによるSLRR法でPtを１原子状にPd薄膜上に載せることができることを明らかにした。これは、薄膜構造を制御する新しい手法として提案した。こうした薄膜制御法は今後の燃料電池開発研究に重要な指針を与え、燃料電池の社会実装を加速する。一方、偏光全反射蛍光XAFSの高感度化を実現し、その溶液応用への限界を示すことができた。偏光全反射蛍光XAFS法の発展に寄与した。
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