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2016 年度 実績報告書

ナノ材料間の相互作用に基づく新触媒開発とエネルギーデバイスイノベーション

研究課題

研究課題/領域番号 26289300
研究機関群馬大学

研究代表者

中川 紳好  群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (70217678)

研究分担者 石飛 宏和  群馬大学, 大学院理工学府, 助教 (00708406)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワードナノ材料 / 触媒・化学プロセス / 燃料電池 / 化学工学
研究実績の概要

[TCCNF担体の調整とPtRu/TCCNF触媒活性の評価] TiO2の前駆体(TTIP)溶液をカーボンナノファイバー表面に付着させ、適当な温度および酸素濃度下で熱処理することで、TiO2-ナノ粒子被覆カーボンナノファイバー(TCCNF)を調整した。粒子径4nm程度のTiO2と5nm程度のPtRu微粒子をCNF表面に担持した触媒を調整できた。この触媒のメタノール酸化反応に対する質量活性は、市販のPtRu / C触媒と比較して約3倍高いことが分かった。また、TiO2:PtRuの体積比が1:1に近いときに高い比活性を示した。PtRu/TCCNFが有望な触媒であることが分かった。
[化学吸着法を用いたPtRu/TECNFの評価] PtRu/TECNFおよび比較触媒のそれぞれのCOパルス吸着特性を測定し、比較した。担体にTiO2が含まれるとき、比較的多量のCO2の生成があった。これには、PtあるいはPtRuとTiO2との相互作用が起因していると考えられた。また、金属表面積当たりのCO吸着量はPtRu/TECNFの場合にのみ理論値を大きく超えた。このことはPtRu/TECNFにおいてCOスピルオーバーが起きていることを示唆した。
[PtRu/TECNF触媒を用いたDMFCの発電特性評価]  PtRu/TECNF触媒をアノード触媒としてDMFCに適用し、発電特性を評価した。TECNF担体に対するPtRu担持割合の最適化の検討を行い、30wt%が最適であることを明らかにした。最適条件下でPtRu/TECNFをDMFCに適用し、PtRuの担持量1mg/cm2、353 Kの条件下で173mW/cm2という高い出力を実現した。比較に用いた市販のPtRu/C触媒を用いた場合に比べ、25%高い出力であった。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Improved performance of direct methanol fuel cells with the porous catalyst layer using highly-active nanofiber catalyst2018

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Tsukagoshi, Hirokazu Ishitobi, Nobuyoshi Nakagawa
    • 雑誌名

      Carbon Resources Conversion

      巻: 印刷中 ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.crcon.2018.03.001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Maximized specific activity for the methanol electrooxidation by the optimized PtRu-TiO2-carbon nano-composite structure2018

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Ishitobi, Yusuke Kawatsu, Yuhei Kudo, Nobuyoshi Nakagawa
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 印刷中 ページ: -

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2018.03.108

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of embedded TiO2 in carbon nanofiber support on Pd catalyst activity for formic acid oxidation2016

    • 著者名/発表者名
      Tomohiro Aoyama, Yuki Nishio, Hirokazu Ishitobi, and Nobuyoshi Nakagawa
    • 雑誌名

      Key Engineering Materials

      巻: 698 ページ: 41-46

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/KEM.698.41

    • 査読あり
  • [学会発表] 化学吸脱着法を用いた燃料電池触媒の解2018

    • 著者名/発表者名
      須藤 遼, 山口 凌、石飛宏和, 中川紳好
    • 学会等名
      第20回化学工学会学生発表会
  • [学会発表] New Composite Catalysts for Direct Methanol Fuel Cell2017

    • 著者名/発表者名
      N. Nakagawa
    • 学会等名
      6th International Conference on Fuel Cell & Hydrogen Technology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 化学吸脱着法を用いた燃料電池触媒の調査2017

    • 著者名/発表者名
      山口 凌, 中川紳好, 石飛宏和
    • 学会等名
      化学工学会 第82年会
  • [学会発表] TiO2修飾担体を用いたメタノール電極酸化触媒2017

    • 著者名/発表者名
      八木 暁, 石飛 宏和, 中川紳好
    • 学会等名
      化学工学会 第82年会
  • [学会発表] 化学吸脱着法を用いた燃料電池触媒の吸着特性2017

    • 著者名/発表者名
      山口 凌, 石飛宏和,中川紳好
    • 学会等名
      化学工学会第49回秋季大会
  • [学会発表] Characterization of Fuel Cell Catalysts Using a Chemisorption/Desorption Method2016

    • 著者名/発表者名
      Shota Yamamori, Ryo Yamaguchi, Hirokazu Ishitobi, Nobuyoshi Nakagawa
    • 学会等名
      3rd International Symposium of Gunma University Medical Innovation and 8th International Conference on Advanced Micro-Device Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] Power Generation Characteristics of a Direct Methanol Fuel Cell Using Novel RtRu/TCCNF Catalyst2016

    • 著者名/発表者名
      Daiki Naito, Hirokazu Ishitobi and Nobuyoshi Nakagawa
    • 学会等名
      3rd International Symposium of Gunma University Medical Innovation and 8th International Conference on Advanced Micro-Device Engineering
    • 国際学会
  • [学会発表] PtRu/TECNFにおける担体の賦活条件が活性におよぼす影響2016

    • 著者名/発表者名
      八木 暁、石飛宏和、中川紳好
    • 学会等名
      第23回燃料電池シンポジウム
  • [学会発表] 高性能メタノール燃料電池の開発2016

    • 著者名/発表者名
      中川紳好
    • 学会等名
      第12回群馬産学官金連携推進会議
  • [学会発表] PtRu/TCCNF触媒を用いたDMFC発電特性2016

    • 著者名/発表者名
      内藤大樹、石飛宏和、中川紳好
    • 学会等名
      化学工学会第48秋季大会
  • [学会発表] 液供給型電池の電極設計に対する化学工学的アプローチ2016

    • 著者名/発表者名
      石飛宏和
    • 学会等名
      化学工学会第48回秋季大会
  • [学会発表] PtRu/TECNFにおける担体の賦活条件が活性におよぼす影響2016

    • 著者名/発表者名
      八木 暁,石飛 宏和,中川 紳好
    • 学会等名
      化学工学会福島大会2016
  • [図書] Direct Methanol Fuel Cells2017

    • 著者名/発表者名
      N. Nakagawa, M. A. Abdelkareem, T. Tsujiguchi, M. S. Masdar
    • 総ページ数
      214
    • 出版者
      NOVA science publishers, Inc.
    • ISBN
      9781536126044
  • [備考] Energy Process Laboratory

    • URL

      http://nakagawa-noda.ees.st.gunma-u.ac.jp/

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公開日: 2018-12-17  

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