| 研究課題/領域番号 |
15K05465
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
保田 諭 北海道大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90400639)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 酸素還元 / カーボンナノチューブ / グラフェン |
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| 研究実績の概要 |
貴金属を用いない燃料電池用酸素還元触媒を創製するために、高電気伝導性のカーボンナノチューブ(CNT)表面に酸素還元活性サイトを被覆し、チューブから活性サイトへの高効率な電子移動パスを実現した低過電圧酸素還元ナノチューブ触媒の創製を試みた。高効率な電子移動パスを形成することで、従来課題となっていた酸素還元反応速度の向上が期待され、過電圧の低減による高活性化が期待される。
具体的には、酸素還元活性なドープ元素を含む前駆体分子をカーボンナノチューブ(CNT)表面上に吸着させ加熱によってグラファイト化、酸素還元活性なドープ構造を有する鉄-窒素-ナノグラフェン(Fe-N-ナノグラフェン)被膜CNT触媒の作製の検証を行った。前駆体分子にはCNTとの強い相互作用をする鉄フタロシアニン分子(FePc)を用いた。まず初めにCNT分散液を作製し、FePcを混合することでFePc被覆CNT複合体を容易に作製可能であることを示した。得られた複合体を不活性ガス雰囲気下で900℃加熱することでFePc分子がグラファイト化し、Fe-N-ナノグラフェンがCNT表面上に被覆されることを透過型電子顕微鏡で明らかにした。このFe-N-ナノグラフェンの量や被覆率は、混合するFePc量を制御することで制御可能であり、Fe-N-ナノグラフェンを単原子層で緻密にCNT表面上に構築したFe-N-ナノグラフェン/CNT触媒の作製に成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の狙い通り、カーボンナノチューブと強く相互作用をする前駆体分子をチューブと混合して加熱することで、目標としているFe-N-ナノグラフェン担持カーボンナノチューブ触媒を容易に作製できることが明らかとした。また、得られた試料の酸素還元活性能を評価した結果、これまでに報告されているカーボンナノチューブ触媒の中でもっとも高活性であることが示された。
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| 今後の研究の推進方策 |
触媒調合法や焼成プロセス等を改良し、より高活性な酸素還元ナノチューブ触媒を開発していく。さらには、非白金系触媒で課題となっている耐久性についても評価を進め、実触媒として機能性に関する基礎的知見を得ることも進める。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
昨年度における研究が予想以上に順調に進み、予定していた予算をすべて使用する必要性をなくなったため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
今年度の研究計画である、さらなる高活性化および高耐久化触媒の開発に予算を使用し、研究計画を早期に達成、もしくはそれ以上の成果を得るために有効利用する予定である。
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