• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2007 年度 実績報告書

天然物由来非白金系燃料電池正極触媒の活性点構造の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18750183
研究機関大阪市立工業研究所

研究代表者

丸山 純  大阪市立工業研究所, 環境技術研究部, 研究員 (80416370)

キーワード電気化学 / 燃料電池 / 触媒 / 炭素材料 / 酸素還元反応 / 広域X線吸収微細構造
研究概要

(1)ヘモグロビンを原料として用いて作製した炭素材料の熱処理条件の検討による触媒活性の向上
(1)炭素と高分子の中間状態(パイロポリマー)のヘモグロビンからの作製,ならびに,(2)ヘモグロビンパイロポリマーからの炭素材料作成時における不活性ガス気流中への二酸化炭素の添加により,得られた炭素材料の酸素還元反応に対する触媒活性が大きく向上することがわかった。また,炭素材料中に含まれる鉄のうち,酸素還元反応の開始に必要な二価の鉄の割合,ならびに炭素材料の比表面積がパイロポリマーの物性に依存し,触媒活性に影響を及ぼすことを明らかにした。
(2)原料にグルコースーアミノ酸-鉄塩を用いた天然物由来非白金系燃料電池正極触媒の作製
平成18年度に新たに発見したグルコースーグリシン-乳酸鉄から作製した非白金系燃料電池正極触媒(GGI)の高性能化のため,グリシン以外のアミノ酸を用いて正極触媒(GXI)を作製した。アミノ酸分子に含まれる窒素が多いほど触媒活性が大きいことがわかった。
(3)原料,熱処理条件を様々に変えて得られた触媒活性点の広域X線吸収微細構造(EXAFS)の分析
EXAFSスペクトルの分析により,活性点構造は鉄フタロシアニンの中心部分Fe-N_4に類似しており,GGI,GXIにおいては,出発原料中のアミノ酸の割合,アミノ酸分子に含まれる窒素が多いほど効率的に活性点が生成して活性点とならない鉄の割合が減り,さらに,ヘモグロビン由来の触媒の結果と併せ,Fe-N_4部分の周囲の構造規則性が高いほど耐久性が高いことがわかった。
以上の結果から,触媒活性は(1)活性点となる鉄の割合,(2)活性点の表面への露出,(3)二価の鉄の割合,耐久性は活性点周囲の構造規則性により決まることが明らかとなり,触媒能の向上のための基礎的知見が得られ,本課題の目的にかなった成果が得られた。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2008 2007 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (5件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Hemoglobin Pyropolymer Used as a Precursor of a Noble-Metal-Free Fuel Cell Cathode Catalyst2008

    • 著者名/発表者名
      丸山 純
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C 112

      ページ: 2784-2790

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-Step Carbonization as a Method of Enhancing Catalytic Propertiesof Hemoglobin at the Fuel Cell Cathode2007

    • 著者名/発表者名
      丸山 純
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C 111

      ページ: 6597-6600

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure control of a carbon-based noblemetal-free fuel cell cathode catalyst leading to high power output2007

    • 著者名/発表者名
      丸山 純
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      ページ: 2879-2881

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of Nitrogen-Rich Amino Acids to Active Site Generation inOxygen Reduction Catalyst

    • 著者名/発表者名
      丸山 純
    • 雑誌名

      Journal of Power Sources In press

    • 査読あり
  • [学会発表] プリン塩基・ピリミジン塩基を用いたFe-N_x活性点を有する酸素還元触媒の作製2008

    • 著者名/発表者名
      丸山 純
    • 学会等名
      電気化学会第75回大会
    • 発表場所
      山梨大学(甲府市)
    • 年月日
      2008-03-31
  • [学会発表] ヘモグロビンパイロポリマーの生成と非貴金属系燃料電池正極触媒前駆体としての応用2007

    • 著者名/発表者名
      丸山 純
    • 学会等名
      第34回炭素材料学会年会
    • 発表場所
      ビーコンプラザ別府市国際会議場(別府市)
    • 年月日
      2007-11-28
  • [学会発表] 窒素リッチなアミノ酸を使用した非貴金属系酸素還元触媒におけるFe-N_x活性点の生成2007

    • 著者名/発表者名
      福井 信孝
    • 学会等名
      第34回炭素材料学会年会
    • 発表場所
      ビーコンプラザ別府市国際会議場(別府市)
    • 年月日
      2007-11-28
  • [学会発表] 2段階炭化とCO_2賦活によるヘモグロビン由来非貴金属系燃料電池正極触媒の高性能化2007

    • 著者名/発表者名
      丸山 純
    • 学会等名
      第48回電池討論会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡市)
    • 年月日
      2007-11-13
  • [学会発表] アデニンを使用した非貴金属系燃料電池正極触媒の作製2007

    • 著者名/発表者名
      福井 信孝
    • 学会等名
      日本化学会第88春季年会
    • 発表場所
      立教大学(東京都)
    • 年月日
      2007-03-27
  • [備考] 丸山純、炭素材料学会研究奨励賞受賞、「燃料電池電極触媒用炭素材料に関する研究」、平成19年11月29日炭素材料学会ポスター賞受賞(対象ポスター「窒素リッチなアミノ酸を使用した非貴金属系酸素還元触媒におけるFe-Nx活性点の生成」)、平成19年11月29日

URL: 

公開日: 2010-02-04   更新日: 2016-04-21  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi