窒素ドープ炭素ナノ材料の欠陥サイトがもたらす高効率酸素還元反応触媒活性機構の解明

• 研究課題/領域番号: 23K26748
• 補助金の研究課題番号: 23H02055 (2023)
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金 (2024); 補助金 (2023)
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分36020:エネルギー関連化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 佐藤 義倫 東北大学, 環境科学研究科, 准教授 (30374995)
• 研究期間 (年度): 2023-04-01 – 2027-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2024年度)
• 配分額: 19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円); 2026年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2025年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2023年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
• キーワード: 窒素ドープ炭素ナノ材料 / 欠陥サイト / フッ素化－脱フッ素化プロセス / 酸素還元反応触媒 / 固体高分子形燃料電池

研究開始時の研究の概要

固体高分子形燃料電池（PEFC）の特性を左右する酸素還元反応（ORR）が起る空気極では、希少金属・高コストである白金（Pt）が使用されており、Pt代替触媒の開発が課題である。近年、炭素骨格に窒素が置換した窒素ドープ炭素ナノ材料がPt代替触媒として注目されているが、その触媒特性は不十分である。その原因は、ORR触媒活性に関連している窒素ドープ種に付随する「欠陥」の構造形態・定量・触媒活性作用が不明であるからである。そこで本研究では、窒素ドープ炭素ナノ材料触媒に存在する窒素ドープ種、欠陥サイトの微細構造と電子状態を解析し、ORR触媒活性に関する欠陥の効果を解明することを目的としている。