【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.04.22】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23BA0016
利用課題名 / Title
籠状窒素ドープカーボン触媒電極触媒を用いたMEAの評価
利用した実施機関 / Support Institute
筑波大学 / Tsukuba Univ.
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
触媒
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
武安 光太郎
所属名 / Affiliation
筑波大学数理物質系
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術補助/Technical Assistance
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
窒素ドープカーボン触媒の高活性化を行うためのメカニズム研究と応用研究を行った。
実験 / Experimental
窒素ドープカーボン触媒のモデル触媒を作成し、電解質溶液中で電位印加を行って、燃料電池の酸素還元反応を起こした後、それを取り出し、X線光電子スペクトルの取得を行った。特に異なるpHをもった電解質溶液を用いて同様の実験を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
ピリジン型窒素の酸塩基平衡に基づくpyri-NH生成電位の酸塩基電解液での比較分析とその触媒活性の影響を明らかした。酸塩基平衡による触媒活性への影響としては、pyri-NHの生成電位が酸電解液中で低下してしまい、この電位が塩基性での触媒活性より低いことがわかった。このような原因としては、酸塩基平衡によって活性点の量的平衡が低下してしまうことが明らかとなった。また、ピリジニウムが安定化してしまうことで、pyri-NHが生成しづらいことも示唆される。またpyri-NHの役割としては、酸塩基問わず生成する、すなわちpyri-NHラジカルの存在がなければ酸素吸着が起きないということがわかった。また、pyri-NHのHはOORサイクルで酸素吸着種に移動して使われるというもう一つの役割がわかった。最後に反応サイクルとして、過酸化水素までのORRサイクルを実験事実から提案した。本研究成果により、酸電解液中での触媒活性低下に酸塩基平衡が大きく関与していることが分かった。これらの結果から、酸電解液中でのピリジニウムを含む反応物が不活性化しないように制御することが窒素ドープカーボン触媒のさらなる高活性化につながることを明らかにした。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件