燃料電池用省白金・非白金電極界面設計研究

燃料电池节铂与非铂电极界面设计研究

基本信息

批准号：
13F03754
负责人：
森利之
金额：
$ 1.47万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

燃料電池研究開発分野において、燃料電池デバイスの普及促進のために、白金電極使用量を、現状の1/10以下に削減したうえで、市販の白金電極触媒の性能を大きく超える電極触媒材料の開発を目指した研究を推進することが強く望まれている。Bretislav Smid博士と受け入れ研究者である森は、白金電極触媒とセリアナノワイヤとの界面構造を精密に解析し、そのうえで、白金-セリアナノワイヤ電極を作製することで、燃料電池内における白金量（現在は、総電極材料に占める白金量は50wt%程度）を、1/10である5wt%にしても、高い性能を有する新規省白金電極の開発を行うことを目的とした。平成27年度は、前年度の研究成果を踏まえ、白金担持量大幅低減に必要な界面構造を明らかにするために、電気化学データと光電子分光により得られた電極触媒表面組成分析結果の相関性を検討した。これまでの森グループの研究では、主としてPt4fスペクトルやCe3dスペクトルの変化に注目した研究が主であったが、今回は、酸素1sスペクトルのなかに含まれるPtとCeOx間の強い相互作用を裏づけるﾋﾟｰｸを探すことと、その電極性能の間の関係に注目して検討をすすめた。その結果、セリウム酸化物格子からの酸素である、C=O及びC-O由来の酸素ﾋﾟｰｸの分離に成功し、あわせて、これらのﾋﾟｰｸが、Pt担持セリアナノワイヤ電極触媒の電気化学的前処理により明瞭になることを明らかにした。電極性能が最も高い電極から、上述の特徴的なO1s中におけるセリウム酸化物格子からの酸素ﾋﾟｰｸが明瞭に観察されたことから、微少量白金とセリアナノワイヤ担体間相互作用を最大にするうえで必要な界面構造は、電極作製工程のひとつである、電気化学的前処理工程において形成されることが明らかになった。

在燃料电池研发领域，为了促进燃料电池装置的普及，我们正在开发一种电极催化剂材料，其性能大大超过市售的铂电极催化剂，同时将铂电极的使用量减少到低于目前数量的1/10 强烈希望推动旨在实现这一目标的研究。 Bretislav Smid博士和主持研究员Mori精确分析了铂电极催化剂和二氧化铈纳米线之间的界面结构，然后制备了铂-二氧化铈纳米线电极。本研究的目的是开发一种即使在高温下也具有高性能的新型节省铂电极。铂含量(总电极材料中铂的量约为50wt％)降低至5wt％，为总电极材料中铂总量的1/10。 2015年度，为了明确大幅减少铂负载量所需的界面结构，我们在前一年的研究成果的基础上，研究了电化学数据与光电子能谱法得到的电催化剂表面组成分析结果之间的相关性。考虑了一下。 Mori小组之前的研究主要集中在Pt4f光谱和Ce3d光谱的变化上，但这一次，他们将重点放在支持氧1s光谱中包含的Pt和CeOx之间的强相互作用的峰上。在寻找电极性能和电极性能之间。结果，我们成功地分离了源自氧化铈晶格的氧的C=O和C-O的氧峰，并且通过对负载Pt的二氧化铈纳米线电极催化剂进行电化学预处理，这些峰也被澄清。会变成从具有最高电极性能的电极中，可以清楚地观察到O1s中氧化铈晶格的上述特征氧峰，这表明需要最大化微量铂与二氧化铈纳米线载体之间的相互作用。很明显，这种界面结构是在电化学预处理步骤中形成的，这是电极制造步骤之一。