2019 年度研究成果報告書

担体フリー非白金・非炭素触媒の細孔制御とこれを用いた燃料電池触媒層の高性能化

研究課題

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研究課題/領域番号	17K06180
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
研究分野	熱工学
研究機関	弘前大学
研究代表者	千坂光陽弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (20513310)
研究期間 (年度)	2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード	酸素還元 / 酸化チタン / 窒化チタン / カソード
研究成果の概要	酸化物系材料は固体高分子形燃料電池の正極触媒として開発されてきたが、その酸素還元性能と比表面積は、高くはなかった。本研究では酸化チタン触媒の性能と比表面積を向上させるため、その細孔構造を二種類の方法により制御した。一つ目の方法はシリカテンプレートの利用であり、もう一つはリン原子と窒素原子の共置換である。特に後者により性能と比表面積は向上した。近年報告した簡易燃焼法を改良し、5価のリンを触媒内部の窒化チタンと表面のルチル型酸化チタン相どちらにも置換導入した。リン原子由来の新しい反応サイトが形成され、触媒使用量を従前の半値以下に抑えたうえで性能が向上した。
自由記述の分野	熱工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	固体高分子形燃料電池正極に用いられている白金系触媒の希少性と、炭素担体の低い耐久性は、燃料電池車の本格普及に対する大きな障壁と考えられてきた。白金系触媒と炭素担体のいずれも用いない酸化物系材料は、燃料電池正極で安定であるものの、性能と比表面積が低いことが課題だった。新たにリン原子を酸化チタン相へ置換導入することにより、その性能と比表面積のどちらも向上することを初めて見出した点が、本研究の学術的意義である。上述した本格普及に対する二つの課題を解決し得る材料を、安価で簡易な手法で合成した点が社会的な意義である。