| 研究課題/領域番号 |
25410201
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| 研究機関 | 神戸市立工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
久貝 潤一郎 神戸市立工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (80617134)
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| 研究分担者 |
山本 孝夫 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00174798)
中川 貴 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70273589)
清野 智史 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90432517)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 二元金属ナノ粒子 / 一酸化炭素選択酸化 / 一酸化炭素被毒 / 電極酸化 / 燃料電池 / 金属－酸化物複合粒子 |
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| 研究実績の概要 |
PtCu合金触媒の一酸化炭素に対する耐性が実際の燃料電池稼働条件では低かった結果を踏まえ、白金と卑金属を含む二元金属触媒の合成を行った。卑金属源としてニッケル、コバルト、セリウム、モリブデンを用いたが、モリブデンを除くいずれの金属も液相還元法（水溶液に電子線を照射して金属イオンを還元する「電子線還元法」及びアルコール水溶液を加熱還流して金属を還元する「アルコール還元法」）ではほとんど担持（還元）されず、Pt単元触媒に近い組成であった。これらの触媒の性能をメタノール酸化活性で評価しても反応促進効果はほとんど見られなかった。Pt-Ceについては含浸法を用いてセリウム含有量を増やしたが、ほとんど効果が認められなかった。Pt-Mo触媒はモリブデンの添加によって活性が著しく低下した。銅、コバルト、セリウムの添加によって気相中での一酸化炭素選択酸化活性の向上が確認できていることから、今後、白金またはPt-Cuにセリウムを添加し、アノードに酸素を少量加えた時の一酸化炭素被毒耐性の向上と銅の溶出の抑制を狙う。
触媒合成における粒子径の制御に関して新たな知見を得た。「電子線還元法」では電子線照射により還元性ラジカルの他に酸化性ラジカルも生成するため、後者を除去する目的で還元助剤（アルコール）を添加するが、還元助剤としてエチレングリコールを用いると金属核の寿命が延び、粒子径を小さくできることを見い出した。PtCu触媒の場合、銅の再酸化も抑制され、銅の担持量の増加と合金化の促進が認められた。エチレングリコールの酸化性ラジカルの捕捉により生じるグリコレート種が金属表面に配位して金属を保護すると考えられ、現在、分子構造によって還元助剤としての機能と安定化剤としての機能のバランスがどのように変化するか調査し、他の二元系触媒への適用を試みている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
触媒の分散状態の向上と卑金属の担持量の向上を図るため、添加剤や還元助剤の分子構造と保護機能の関係の調査することに時間を要した。また、膜－電極接合体の触媒の塗布状態に斑があったため、均一に塗布する方法を模索するのに時間を要した。触媒のスクリーニングの方法として、グラッシーカーボン電極を用いたメタノール酸化反応を行ったが、この方法においても電極膜を均一に塗布するのが困難で、活性測定を複数回行うことで測定値の信頼性を確認した。
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| 今後の研究の推進方策 |
酸性条件においても卑金属成分の溶出が少ないと考えられるセリウムを含む触媒（Pt-Ce及びPt-Cu-Ce触媒）について組成・構造の異なる材料を調製し、燃料極側に微量の酸素と一酸化炭素を添加した際の一酸化炭素被毒耐性を調べる。白金と酸化セリウムの接合界面の構造・形状を電子顕微鏡で詳細に観察し、各成分の化学状態、一酸化炭素被毒耐性との相関を調べ、触媒活性サイトと一酸化炭素被毒抑制のメカニズムを明らかにする。
加えて、粒子生成プロセスにおける添加剤の金属粒子保護メカニズムを、添加剤の分子構造と生成した金属粒子構造の対応から明らかにし、白金と酸化セリウムの接合界面の制御を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
ガス流路パターンと流路面積がそれぞれサーペンタインフローと5平方センチメートルの燃料電池単セル評価治具を購入する計画であったが、燃料利用率の影響を少なくし、また、広範な電流密度での性能を測定できるようにするため、流路面積が1平方センチメートルの治具に変更した。
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| 次年度使用額の使用計画 |
セルに反応ガスを安定に供給するためサーマルマスフローコントローラーを購入する。
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