実験・計算化学を融合した高性能電気化学触媒の合成および新規反応経路の解明

结合实验和计算化学合成高性能电化学催化剂并阐明新的反应路线

基本信息

  • 批准号:
    22KJ2093
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.41万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2023-03-08 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本研究では、持続循環可能な社会の実現に向け、固体高分子型燃料電池において重要となる酸素還元反応に向けた白金代替電極触媒の高性能化を目指す。非貴金属系触媒の開発に向け、実験化学による触媒の微細構造の精密制御および計算化学による三次元細孔内の反応メカニズムの解明を目的としている。これまでに、申請者は遷移金属を含有した炭素系触媒の活性点及び細孔構造をナノレベルで制御できる手法の開発に成功している。一方、遷移金属含有触媒は枯渇性資源であるため、その希少性とコストの高さから、固体高分子型燃料電池の普及化の妨げになっている。そのため、含有遷移金属量の削減や金属を用いないメタルフリー触媒の開発が必要不可欠である。そこで、当該年度では、これまでに申請者が独自に開発してきた触媒の微細構造制御手法をメタルフリー触媒の合成へ応用することで、高性能酸素還元触媒の開発を目指した。また、実験化学と計算化学を融合することで、これまで未解明であった反応メカニズムの探索を目的とした。当該年度において、イオン液体とアニオン交換樹脂を出発物質とし、二酸化炭素賦活法を経由した申請者が独自に開発した新規合成法から、ミクロ孔を多く持つ高性能電極触媒の合成に成功した。また、申請者は金属有機構造体をテンプレートとして用いて、異種元素として窒素を含有した多孔質メタルフリー炭素材料を合成し、現行の白金触媒より優れた酸素還元性能を示す新規電極触媒の開発に成功した。このように、申請者は遷移金属含有炭素触媒及びメタルフリー触媒に対して、様々手法でアプローチし、高性能酸素還元触媒の合成に成功した。これらの研究成果を査読付き論文として発表し、内1報はACS Appl. Energy Mater.誌のSupplementary Coverに選定されたことからも、高い評価を受けたと考えている。また、これらの内容を学会で積極的に発表した。
在这项研究中,我们的目标是提高用于氧还原反应的铂替代电极催化剂的性能,这在聚合物电解质燃料电池中非常重要,以实现可持续发展的社会。为了开发非贵金属催化剂,我们的目标是通过实验化学精确控制催化剂的精细结构,并通过计算化学阐明三维孔内的反应机理。迄今为止,申请人已成功开发出一种可以在纳米水平上控制含过渡金属碳基催化剂的活性位点和孔结构的方法。另一方面,由于含过渡金属的催化剂是可耗尽的资源,其稀缺性和高成本阻碍了聚合物电解质燃料电池的广泛使用。因此,有必要减少过渡金属的含量并开发不使用金属的无金属催化剂。因此,本财年,我们旨在将申请人自主研发的催化剂微观结构控制方法应用于无金属催化剂的合成,开发高性能氧还原催化剂。此外,通过将实验化学和计算化学相结合,目的是探索迄今为止尚未阐明的反应机制。回顾财年,我们采用申请人独创的新合成方法,以离子液体和阴离子交换树脂为起始原料,通过二氧化碳活化法,成功合成了多微孔高性能电极催化剂。此外,申请人将使用金属有机骨架作为模板,合成含有氮作为不同元素的多孔无金属碳材料,并将成功开发出一种表现出优于现有铂催化剂的氧还原性能的新型电催化剂。这样,申请人利用各种方法研究了含过渡金属的碳催化剂和不含金属的催化剂,并成功合成了高性能氧还原催化剂。我们将这些研究成果作为同行评审论文发表,其中一篇论文被选为 ACS Appl. 的 Supplementary Cover,因此我们相信我们的研究得到了高度评​​价。我们也在学术会议上积极介绍这些内容。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
層状複水酸化物を用いた新規Co/P含有炭素材料の合成とその水素発生反応への応用
层状双氢氧化物合成新型含Co/P碳材料及其在制氢反应中的应用
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    周 安博;三宅 浩史;内田 幸明;西山 憲和
  • 通讯作者:
    西山 憲和
Self-assembly strategy for Co/N-doped meso/microporous carbon toward superior oxygen reduction catalysts
CoNxを含有したミクロ/メソポーラスカーボンの合成とそのORR性能
含CoNx微/介孔碳的合成及其ORR性能
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    周 安博;三宅 浩史;内田 幸明;西山 憲和
  • 通讯作者:
    西山 憲和
Synthesis of Co and P doepd carbon derived from triethyl phosphite-deposited LDH and its electrocatalytic performance on hydrogen evolution reaction
亚磷酸三乙酯沉积LDH衍生Co、P掺杂碳的合成及其析氢反应电催化性能
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yasuhiro Shu;Koki Sasaki;Koji Miyake;Yoshiaki Uchida;Norikazu Nishiyama
  • 通讯作者:
    Norikazu Nishiyama
NITROGEN-DOPED CARBON CATALYSTS DERIVED FROM MOF-5 FOR OXYGEN REDUCTION REACTION
MOF-5 衍生的氮掺杂碳催化剂用于氧还原反应
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yasuhiro Shu;Yurika Taniguchi;Koji Miyake;Yoshiaki Uchida;Norikazu Nishiyama
  • 通讯作者:
    Norikazu Nishiyama
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周 安博其他文献

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    2015
  • 资助金额:
    $ 1.41万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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