| 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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| 研究実績の概要 |
燃料電池白金（Pt)触媒に異種金属（M)を加えてを合金化すると高活性化する。本研究では、この合金化に伴う高活性化の要因が、Ptへ電荷移動が起きるためなのか，Pt-Pt結合が変化するためなのかを明きからにすることを目的として、金（Au)単結晶基板上にPdを1層から複数層展開し、さらにその上にPt1原子層を載せた系を構築して、中間層の層数によりPt-Ptの結合距離を変化させ、酸素還元反応（ORR)活性との関連を調べる。また、Pt-Ptの結合距離を得るために必要な新しい手法である偏光全反射蛍光（PTRF)-XAFS法の高感度化を試みる。今年度は1,2,3,4原子層（ML）のPdを作製し、それぞれの原子層数および平坦性をXPS（X線光電子分光）とAFM(原子力顕微鏡）により調べた。その結果、Layer-byーLayerに平坦にPd中間層が積み重なっていることを確認した。また、１MLではPd-Pd結合距離が伸びているが、3ML以上で本来のPd-Pd結合距離が回復することを確認した。
回転ディスク電極の立ち上げを行い、ORR活性を調べた。Pt多結晶に対してLevich式に従うことを確認した。
Pd 0ML,1ML,4MLに対して、PtをSLRR（Surface Limited Redox Replacement)法によりのせることを試みた。0MLでは、Cuを犠牲試材としたSLRR法によりPt-Ptが伸びていることが確認できた。Pd１ML、４MLではCuを犠牲試材としたSLRR法ではPtを載せることができなかったが、探索した結果、Pbを犠牲試材としたSLRRでPtを原子層状に載せることができた。Pt/Pd1/Au(111)およびPt/Pd4/Au(111)のサンプルを調製した。電気化学的条件下でのPtのPTRF-XAFS測定を試みた。通常よりは信号強度が小さいが測定には成功した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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