荷電粒子照射による原子空孔を利用した単原子触媒：高活性化メカニズムと設計指針

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18H01923
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分31010:原子力工学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 八巻 徹也 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, プロジェクトリーダー (10354937)
• 研究分担者: 出崎 亮 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員 (10370355) ; 松村 大樹 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (30425566) ; 田口 富嗣 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員 (50354832) ; 池田 隆司 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, 研究統括 (60370350) ; 岡崎 宏之 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主任研究員 (90637886) ; 寺井 隆幸 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (90175472)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 固体高分子形燃料電池（PEFC） / 電極触媒 / 酸素還元反応（ORR） / 荷電粒子ビーム / 界面構造 / 原子空孔

研究成果の概要

固体高分子形燃料電池のカソードに使用されるPt触媒の高性能化が大きな課題の一つである。研究代表者らは、イオンビームを照射して原子空孔を導入した炭素担体上に載せたPtナノ微粒子の酸素還元反応活性が向上することを見出している。本研究では、さらなる高性能化のための指針を得ることを目的として、原子空孔によるPt触媒の活性向上メカニズムの解明に取り組んだ。その結果、原子空孔を有する炭素担体とPtナノ微粒子との電子的相互作用の強化によってPt表面への酸素吸着が抑制され、触媒活性が向上することを明らかにした。

自由記述の分野

量子ビーム材料科学

研究成果の学術的意義や社会的意義

カーボンニュートラル実現に向け、固体高分子形燃料電池（PEFC）のコスト低減が不可欠な課題である。PEFC用カソード触媒の従来研究として、Ptナノ微粒子の粒径・分散性制御、Pt-M合金・複合化 (M：安価な遷移金属)、非Pt系材料の探索などが試みられてきたが、本研究はこれらと異なる新しい発想をもとに高活性なPt触媒の作製方法を提案するものであり、PEFCの低コスト化に貢献できると期待される。