2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of highly active and durable cathode catalysts for PEFCs
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16K05883
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
矢野 啓 山梨大学, 大学院総合研究部, 特任准教授 (70402021)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 燃料電池 / 合金触媒 / 酸素還元反応 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
燃料電池用カソード触媒の活性および耐久性向上を目的とし、ナノカプセル法により合成したPtCo合金ナノ粒子表面にPtスキン層を制御被覆したPtxAL-PtCo/C触媒を調整してきた。昨年度までに、この触媒の微細構造をTEM-電子回折を中心に調べてきた結果、合金の活性および耐久性はその結晶構造に大きく依存することが分かった。さらにPtxAL-PtCoナノ粒子に関しては、溶液中で電位サイクルを行うことによって、fct+3%fcc構造から100%fcc構造に結晶構造が転換することを明らかにした。この特異的な相転換が高い活性と耐久性に関連している可能性が非常に高いことが分かった。
この特異的構造を触媒調整時に再現させるべく、コアとなるPtCo合金触媒の調整条件を見直した。まず、これまで通りナノカプセル法によりPtCo/C触媒を調整した。その後の熱処理で、水素または窒素中と雰囲気条件の影響を調べた。さらに熱処理温度領域を広げて探索した。調整した触媒の結晶構造をTEM-回折像より調べた結果、水素中で熱処理したPtCo (PtCo/C(H2-HT))は一部が規則構造を示したのに対し、窒素中で熱処理したもの(PtCo/C(N2-HT))は不規則構造であった。この両者の触媒に対し、酸素還元反応(ORR)活性および耐久性を調べたところ、PtCo/C(N2-HT)が最も活性が高く、標準市販Pt/Cの4倍以上であった。また、PtCo/C(H2-HT)は劣化サイクル中に脱合金化し、活性がPtと同等まで低下したが、PtCo/C (N2-HT)は高い値を維持し続けた。すなわち、このPtCo(N2-HT)表面にPtスキン層を任意に制御被覆すれば、さらななる高活性・高耐久性が期待でき最初からfcc不規則構造を有するPtxAL-PtCo/Cの調整を簡便にし、量合成展開の可能性が大いに期待できる結果を得られた。
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