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本研究の最終的な「研究の目的」は、ジメチルエーテルを燃料とし中温で稼働するプロトン導電性酸化物型燃料電池用のアノード触媒の開発を行うことである。具体的には、メソポーラス材料にナノ金属を安価簡便に担持させることで、新規なアノード触媒を開発する。
本申請者はこれまでに、直径3nm、長さ10nm(アスペクト比3.3)のR型MnO_2ナノロッドで構成された平均細孔直径10nmのメソポーラス担体(比表面積120m^2/g)を合成することに成功している。さらに、この技術を触媒開発に応用し、メソポーラスR型MnO_2を化学処理することで、その表面にPdのナノ金属クラスターを均一な大きさで、かつ高密度に析出させることにも成功した。
先に提出した「研究実施計画」に基づき、当該年度(平成22年度)はこの方法を発展させ、実燃料電池に組み込む新規な炭素含有メソポーラス材料にナノ金属を析出させることを試みた。このメソポーラス材料を透過型電子顕微鏡で観察したところ、表面に均質にナノ金属が析出していることが確認できた。さらに、この新規材料が、水素雰囲気下で触媒作用を発現するメカニズムを解明するために、米国のオークリッジ国立研究所のパルス中性子散乱施設SNS(Spallation Neutron Source)で非弾性散乱測定を行った。5atmの水素ガス雰囲気下で、入射中性子700meVと45meVで非弾性散乱結果を解析したところ、14meV付近に、水素分子の2次元での回転モードを示唆するピークが見られた。過去の水素吸着に関する論文では三次元の回転モードは発表されているが、このような二次元の回転モードは見いだされことが無い。これは触媒表面における水素分子の分解の新たなメカニズムを明らかにする極めて貴重なデータである。メソポーラス上のナノ金属による触媒発現機構が解明されれば、今後の触媒設計に大きく寄与できる。現在、この非弾性中性子散乱のデータをさらに詳細に解析している最中であり、2011年5月に開催される米国電気化学会に発表する。ついで、これらの結果を解析したものを米国電気化学会誌に投稿するための準備中である。
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