| 研究課題/領域番号 |
21K14462
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分27030:触媒プロセスおよび資源化学プロセス関連
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| 研究機関 | 琉球大学 |
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研究代表者 |
滝本 大裕 琉球大学, 理学部, 准教授 (60806529)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | ナノシート / 2.5D触媒 / 電極触媒 / 燃料電池 / Ptナノシート / メソポーラス / ナノシート骨格 / ナノシートフレームワーク / 金属ナノシート / 三次元構造体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，単層Ptナノシート（二次元構造体）とＰｔ－ＮＦＭ（三次元構造体）の基礎的な電子物性と電気化学特性を明らかにし，ＮＦＭで二次元構造に起因する反応特異性を引き出せているか見極める。そして，ＮＦＭの活性を高められる表面と細孔構造の高度設計技術を創出する。第一の設計技術として，表面平滑性を制御できる因子を明らかにする。第二の設計技術として，Ｐｔ－ＮＦＭのポアサイズと骨格厚みが物質拡散性や利用効率にどのような影響を与えるか明らかにする。結果を総合的に考察し，Ｐｔ－ＮＦＭの触媒活性を最大限に引き出せる設計指針を導く。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、O2還元反応活性と耐久性が優れる燃料電池用電極触媒の開発である。そのために、（１）Ptメタルナノシート創製による二次元形態効果の解明、（２）Ptナノシートを骨格とする三次元構造体を創製する。
Ptナノシートの合成に関して、2022年度までにPtナノシートがナノ粒子より活性と耐久性が高いことを明らかにした。しかし、炭素担体に担持する際にナノシートが凝集してしまう課題が見つかり、2023年度の検討課題に設定した。この課題を解決するために、カーボンナノチューブを導入した触媒調製に取り組んだ。用いるカーボンナノチューブの量を調整することで、Pt利用率が高まることを明らかにした。また、カーボンナノチューブの分散性や界面活性剤を用いない溶液中での合成がポイントであることを見出した。さらに、高活性化の要因理解を進めるために、重水を用いて電極触媒反応を検討した。その結果、酸素種がPtナノシート表面に強く吸着せず、活性サイトを阻害しないことがわかり、これにより高活性化していることを見出した。
三次元構造体の合成に関して、2022年度までに合成条件を見直し、Pt前駆体を高められる炭素表面の物性を明らかにした。2023年度は得られた触媒の活性評価を行い、Pt利用率が高まることを明らかにした。Pt前駆体を炭素表面に高担持するためには、炭素表面の官能基が重要であることを明らかにした。さらに、合金系触媒の調製に取り組み、従来合金ナノ粒子触媒の２倍高い比表面積であることを明らかにした。触媒活性の評価について、評価系の最適化が必要であることがわかり、現在取り組んでいる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ナノシートおよび2.5D触媒の合成と評価が着実に実施されていることから判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
Ptナノシートの合成と評価については目標を達成できているため、2.5D触媒の調製に注力する。表面ゾルゲル反応によりPt層が炭素表面で形成していると予想しているが、それに関するモデル実験を実施する。並行して、さらなる高活性化を目指し合金系2.5D触媒の開発に取り組む。
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