燃料電池用炭素担持Ptカソード触媒のシリカ被覆による高活性化および高耐久性化

二氧化硅涂层燃料电池用碳载铂阴极催化剂的高活化性和耐久性

• 批准号: 09J02463
• 负责人: 松森 裕史
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J02463/
• 关键词: 固体高分子形燃料電池; Ptカソード触媒; シリカ被覆触媒; 耐久性向上; 酸素還元活性; 酸素還元反応作用機構; 電極

本年度は高活性・高耐久性のシリカ被覆炭素担持Pt触媒の開発指針を提案するために,シリカ被覆炭素担持Pt触媒の耐久性向上因子及び作用機構の解明行った.1.耐久性向上因子の解明異なる物理的・化学的性質を有するシリカ層にて炭素担持Pt触媒を被覆し,電極活性,耐久性を評価した.その結果,炭素担持Pt触媒を被覆するシリカ層が厚く,細孔構造が少ない場合電極活性は低下するものの,これらのシリカ層での被覆によりPt触媒の耐久性は著しく改善した.これらの結果から耐久性試験中にシリカ層がPt種の試料外部への溶出を物理的に抑制することで,シリカ被覆炭素担持Pt触媒は高い耐久性を示したと結論した.2.発電機構の解明シリカ被覆炭素担持Pt触媒はPEFCカソード触媒としての利用を想定している.そこでシリカ被覆炭素担持Pt触媒の作用機構を明らかにするために,酸素還元反応中のPt粒子表面への電子,酸素,プロトンの供給について検討した.その結果,シリカで被覆されていない炭素担体が電子伝導パスとして作用することでPt上へ電子が供給されることが分かった.さらにプロトンはシリカ細孔を通じてPt上に供給されるが,シリカで被覆してもプロトンの移動速度は低下しないことが分かった.また酸素もシリカ細孔を通じてPt上に供給されるが,シリカ層中の酸素の拡散速度が酸素還元反応の速度に影響した.より高活性なシリカ被覆炭素担持Pt触媒を設計するには,シリカ細孔中の酸素の拡散速度を向上させる必要があると結論した.以上の結果よりPt種の溶出を物理的に抑制でき,シリカ細孔中を十分酸素が拡散可能であるシリカ層にて炭素担持Pt触媒を被覆すれば高活性・高耐久性のシリカ被覆炭素担持Pt触媒を開発できると考えられる.

今年，为了提出高活性和高耐用性二氧化硅包覆碳负载Pt催化剂的开发指南，我们研究了二氧化硅包覆碳负载Pt催化剂的耐久性改进因素和作用机制1.阐明不同的物理性质。通过在碳载Pt催化剂上涂覆具有化学和物理性质的二氧化硅层来评估电极活性和耐久性。结果表明，如果覆盖碳载Pt催化剂的二氧化硅层较厚且具有较小的孔结构，则电极活性和耐久性会降低。电极 虽然活性降低通过涂覆这些二氧化硅层，Pt 催化剂的耐久性得到显着提高。这些结果表明，在碳负载 Pt 催化剂的耐久性测试过程中，二氧化硅层物理抑制了 Pt 物质洗脱到样品外部。结论是它表现出高耐久性。 阐明二氧化硅包覆的碳负载Pt催化剂有望用作PEFC阴极催化剂。因此，我们的目的是阐明二氧化硅的作用机制。涂层碳负载 Pt 催化剂。在本研究中，我们研究了氧还原反应过程中电子、氧和质子向 Pt 颗粒表面的供应。结果，我们发现未涂覆二氧化硅的碳载体充当电子传导路径，电子在此外，虽然质子通过二氧化硅孔供给到Pt，但发现用二氧化硅涂覆并不会降低质子传输速率。此外，氧也通过二氧化硅孔供给到Pt。氧在二氧化硅层中的扩散速率影响氧还原反应的速率。为了设计活性更高的二氧化硅包覆的碳负载Pt催化剂，有必要提高氧在二氧化硅孔中的扩散速率。如果在碳载Pt催化剂上涂覆一层二氧化硅层，该二氧化硅层可以物理抑制Pt物种的洗脱并允许足够的氧气通过二氧化硅孔扩散，则可以获得高活性和高耐用性的二氧化硅包覆的碳载Pt催化剂认为可以开发。

项目成果

Excellent Durability of Carbon-Supported Pt Cathode Catalysts Covered with Silica Layers

覆盖二氧化硅层的碳载铂阴极催化剂具有优异的耐久性

• 发表时间: 2009
• 作者: Hiroshi Matsumori; et al
• 通讯作者: et al

Preparation of carbon nanotube-supported Pt catalysts covered with silica layers ; application to cathode catalysts for PEFC

碳纳米管负载二氧化硅层铂催化剂的制备；

• 发表时间: 2010
• 作者: Hiroshi Matsumori; et al
• 通讯作者: et al

Excellent Durability of Carbon-Supported Pt Cathode Catalysts Covered with Silica Layers

覆盖二氧化硅层的碳载铂阴极催化剂具有优异的耐久性

• 发表时间: 2009
• 作者: Hiroshi Matsumori; et al
• 通讯作者: et al