【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.06.21】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
23QS0107
利用課題名 / Title
燃料電池触媒を志向したFe, Cu化合物のHERFD-XAS, XESフィジビリティスタディ
利用した実施機関 / Support Institute
量子科学技術研究開発機構 / QST
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
外部利用/External Use
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions
キーワード / Keywords
燃料電池/ Fuel cell,電極材料/ Electrode material,放射光/ Synchrotron radiation
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)
朝倉 博行
所属名 / Affiliation
近畿大学理工学部応用化学科
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
加藤 優
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
石井 賢司
利用形態 / Support Type
（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-
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)
固体高分子形燃料電池 (PEFC) の要素技術の1つである酸素還元反応用電極触媒は，触媒活性や耐久性の観点から白金系触媒が用いられている．しかし，白金の埋蔵量は少ないため，PEFC の大規模な普及は難しい．これに対してFeやCuを活性点とした非白金系触媒の開発が進められている．特に炭素材料に単原子様に存在するFeやCuが酸素還元活性を示すことが知られているが，その活性点構造は未だ不明である．本研究ではX線発光分光を用いることで活性の異なる触媒の差異を区別することができるか検討するため，既知化合物及びFeを含む非白金系触媒のX線発光スペクトル測定を行った．
実験 / Experimental
Fe フタロシアニンなどの既知化合物及び Fe を含む構造未知の非白金系酸素還元触媒の Fe に関するX線発光スペクトル測定をSPring-8 BL11XUで行った．試料粉末をテープに塗布し，BL11XUの標準的なセットアップで，X線発光スペクトルを測定した．高輝度X線による試料の劣化が予想されたため，クライオスタットを利用した測定を試みると共に，室温での測定も試みた．室温で繰り返し測定を行った際にスペクトルの変化が見られたため，入射X線強度を調整し，最終的にスペクトルの変化が起きない条件で測定を実施した．
結果と考察 / Results and Discussion
Fe フタロシアニンなどの既知化合物について，Fe Kβ1,3 および Kβ2,5 線の X 線発光スペクトルを測定した．DFT 計算によりスペクトルの再現を試みたところ，主な特徴をよく再現することができた．次に，Feを含む非白金系触媒の Fe Kβ1,3 および Kβ2,5 線の X 線発光スペクトルを測定したところ，活性の違いにより，発光スペクトルが明確に異なることが分かった．次に，想定される構造モデルに基づき，DFT 計算によりスペクトルの再現を試みたところ，これまでに複数提案されている構造モデルの内，活性の違いが構造に起因していることが強く示唆された．
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)
Hiroyuki Asakura, Miyu Konno, Naomi Kawamura, Saburo Hosokawa, Kentaro Teramura, Tsunehiro Tanaka, "Polarized High-Energy-Resolution Fluorescence Detection-X-ray Absorption Near-Edge Structure of the (La,Sr)(Al,Ta)O3 Single Crystal at the La L1-Edge", The Journal of Physical Chemistry C, 127 (2023) 24192-24199. DOI:10.1021/acs.jpcc.3c04033
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