| 研究課題/領域番号 |
19K15356
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分27030:触媒プロセスおよび資源化学プロセス関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
武安 光太郎 筑波大学, 数理物質系, 助教 (90739327)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 窒素ドープカーボン触媒 / 燃料電池 / 酸素還元反応 |
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| 研究成果の概要 |
均一な構造を持つモデル触媒を用いることで、窒素ドープカーボン触媒における酸素還元反応の初期過程および活性低下のメカニズムを明らかにすることに成功した。窒素ドープカーボン触媒の活性点であるピリジン型窒素は、酸性溶液中ではプロトンが吸着したピリジニウムと呼ばれる状態で存在しているが、電圧をかけて反応を進行させると、熱反応である酸素分子の吸着と電気化学反応であるピリジニウムの還元反応がカップルして同時に起こることを見出した。酸性環境下でもこの協調反応を高効率に起こすためには、酸化還元電位を高電位側にシフトさせることが重要で、そのためには活性点近傍の疎水性を高めることが有効であると分かった。
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| 自由記述の分野 |
表面化学
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
燃料電池カソード極の白金代替触媒として期待される窒素ドープカーボン触媒において、熱的な酸素吸着と電気化学的な還元反応が同時に進行するメカニズムが明らかになりました。このメカニズムに基づき、動作時の酸性環境下で窒素ドープカーボンの活性を向上させるためには、活性点であるピリジン型窒素近傍の親水・疎水環境を制御することが重要であることも分かりました。この設計指針のもと、疎水性を向上させた実用窒素ドープカーボン触媒の開発にも着手しています。実際に燃料電池の正極触媒として運用可能な触媒性能を得られる日も遠くないと考えています。
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