二次元ナノ材料の階層的構造制御による高性能電極反応場の創生

二维纳米材料分级结构控制创建高性能电极反应场

基本信息

批准号：
21H01698
负责人：
中川紳好
金额：
$ 10.73万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

酸化グラフェン（GO）担体表面の酸素官能基の割合や炭素網面中の欠陥を増やすことで、PtRuの析出担持の分散性を上げ、またPtRu微粒子とGOとの相互作用をもたらすことを期待して、GOへのオゾン酸化処理がPtRu/rGO触媒のメタノール酸化反応(MOR)活性に及ぼす影響を調べた。オゾン酸化処理の方法として、１）GO分散液へのオゾンバブリング処理（Z1）と２）GOエアロゲルとオゾンガスとの接触処理（Z2）の二つを用いた。XPS測定の結果、オゾン処理を施した触媒ではC-OH, C-O-Cの結合割合が減り、C=O、COOの結合割合および欠陥割合が増加しており、表面の酸化が進行していることを示唆した。XRD測定から、Z1の処理を施した触媒では2 nm程度の粒子径が得られ、未処理およびZ2の場合では約６nmの比較的大きい粒子径が得られた。Z1の処理の場合では、オゾン酸化処理によって表面にPtRu析出の核となる活性点が増え、その結果高分散担持されたことが考えられる。Z2の処理を施した触媒ではGOエアロゲルを用いたものの、GO積層体であったためオゾン処理効果が限定的だった可能性がある。三電極セルを用いて触媒の電気化学的有効表面積とMORの質量活性を比較した。その結果、Z1の処理の場合では未処理に比べ約6倍と大きいMOR活性が得られ、オゾン処理の効果が大きいことを明らかにした。Z2の処理の場合では未処理に比べ約2倍のMOR活性に止まった。これはオゾン酸化処理中のGO積層構造に起因するものと考えられる。オゾン酸化処理の方法としては、GO分散液へのオゾンバブリング処理が有効であることがわかった。一方、Z1の処理で得られた触媒の触媒利用率（Pt粒子径から計算したPt表面積／実測によるPt表面積）の値が1.４と１を大きく超えていたことから、今後データの再現性に加えオゾン処理したGOとPtRu微粒子との相互作用等についてさらに検討を加える必要がある。

通过增加氧化石墨烯（GO）载体表面的氧官能团比例和碳网络表面的缺陷，我们希望提高沉淀和负载的PtRu的分散性，并带来PtRu细颗粒和GO之间的相互作用。研究了臭氧氧化处理对 GO 对 PtRu/rGO 催化剂甲醇氧化反应 (MOR) 活性的影响。使用两种臭氧氧化处理方法：1）GO分散体的臭氧鼓泡处理（Z1）和2）GO气凝胶与臭氧气体的接触处理（Z2）。 XPS测定的结果表明，在经过臭氧处理的催化剂中，C-OH和C-O-C的键合比例降低，而C＝O和COO的键合比例以及缺陷比例增加，这表明表面氧化正在进展。根据XRD测量，对于用Z1处理的催化剂获得约2nm的粒径，对于未处理的催化剂和Z2获得约6nm的相对较大的粒径。在Z1处理的情况下，认为臭氧氧化处理增加了将成为表面上PtRu沉淀的核的活性位点的数量，从而导致高度分散的载体。虽然Z2处理的催化剂中使用了GO气凝胶，但由于它是GO堆栈，臭氧处理效果可能受到限制。使用三电极电池比较了催化剂的电化学有效表面积和MOR的质量活性。结果，在Z1处理的情况下，MOR活性比未处理的高约6倍，证明了臭氧处理的巨大效果。在Z2处理的情况下，MOR活性仅为未处理的大约两倍。这被认为是由于臭氧氧化处理过程中GO堆叠结构造成的。作为臭氧氧化处理的方法，GO分散体的臭氧鼓泡处理是有效的。另一方面，Z1处理中得到的催化剂的催化剂利用率(由Pt粒径计算出的Pt表面积/实测的Pt表面积)为1.4，大大超过1。此外，有必要进一步研究臭氧处理的 GO 和 PtRu 颗粒之间的相互作用。