構造制御されたＰｔＮｉナノクラスターの合成と燃料電池電極触媒への展開

结构可控PtNi纳米团簇的合成及其在燃料电池电极催化剂中的应用

基本信息

批准号：
19F19035
负责人：
唯美津木
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、中空多孔性カーボン材料を合成し、この細孔内を利用したPt-Ni合金電極触媒粒子を調製し、その構造、酸素還元反応特性、耐久性を明らかにすることを目的とした。中空多孔性シリカを鋳型として、中空多孔性カーボンHPCSを合成し、Pt及びNi錯体を2,2'ジピリジルアミン (dpa) 共存下含浸し、乾燥、水素による還元処理を行うことで、HPCSに担持されたPt-Ni合金ナノ粒子を調製した。TEM観察及びXRD解析の結果、HPCS内に平均粒径2.0±0.4 nmのPt-Ni合金ナノ粒子が形成されていることがわかった。dpaがない場合には、顕著な合金の相分離と粒径の増大が見られた。dpa以外の様々な有機配位子を用いた合成を検討したところ、ピリジン骨格を有する有機分子が粒径制御に有効であり、dpaで最も小さいPt-Ni合金ナノ粒子が得られることがわかった。Pt/Ni比の異なる複数のPt-Ni/HPCS触媒を合成し、RDEを用いた酸素還元反応(ORR)活性の評価を行ったところ、Pt-Ni/HPCS触媒は、市販のPt/C触媒やKBに担持したPt-Ni触媒と比較してECSAが大きく、MA, SAとも優れた活性値を示した。Pt/Ni=1.22の試料が最もORR活性が高く、0.9 Vで3.25 A mg-1_PtのMAを示し、市販のPt/Cと比較して13.5倍の値であった。加速劣化試験によって触媒の耐久性を評価したところ、加速劣化試験回数に伴ってECSAの低下は見られるものの、市販のPt/Cと比較してその低下は緩やかであり、60,000回の加速劣化試験後にも2.3±0.4 nmの粒径を維持していることが分かった。また、このdpaを利用したPt系合金ナノ粒子の触媒調製法を更に発展させ、メタノールを用いた電極酸化反応触媒の調製も行った。

这项研究旨在合成空心的多孔碳材料并使用这些孔准备PT-Ni合金电催化剂颗粒，并阐明其结构，氧还原反应性能和耐用性。使用空心的多孔二氧化硅作为模板，合成了空心的多孔碳HPC，在存在2,2'dipyridylamine（DPA）的情况下，将PT和Ni配合物浸没，用氢干燥和还原处理，从而准备PT-Ni合金NAnoparticles在HPC上支持PT-NI合成Nanaparticles。由于TEM观察和XRD分析，发现在HPC中形成了平均粒径为2.0±0.4 nm的PT-Ni合金纳米颗粒。在没有DPA的情况下，观察到显着的合金相分离和粒径增加。当使用除DPA以外的各种有机配体研究合成时，发现具有吡啶主链的有机分子可有效控制粒径，并且最小的PT-Ni合金纳米颗粒可以在DPA处获得。合成了具有不同Pt/Ni比的多个PT-Ni/HPCS催化剂，并使用RDE评估了还原氧还原反应（ORR）的活性。与市售的PT/C催化剂和KB支持的PT-NI催化剂相比，PT-Ni/HPCS催化剂表现出更大的ECSA，并且MA和SA均表现出良好的活性值。 PT/Ni = 1.22的样品具有最高的ORR活性，显示为3.25 A mg-1_pt的MA在0.9 V时为13.5倍，与市售的PT/C相比。当使用加速变质测试评估催化剂的耐用性时，发现尽管ECSA随加速劣化测试的数量而下降，但在市售PT/C的降低数量下，降低的降低速度慢，并且在60,000个加速测试后，粒径保持在2.3±0.4 Nm，粒径保持在2.3±0.4 Nm。此外，进一步开发了使用该DPA的基于PT的合金纳米颗粒的催化剂制备方法，并且还使用甲醇制备了电极氧化反应催化剂。