成果報告書 2019年3月

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成果報告書詳細
管理番号20180000000868
タイトル平成27年度―平成29年度分成果報告 固体高分子形燃料電池利用高度化技術開発事業 普及拡大化基盤技術開発 酸化物系触媒の革新的高機能化のためのメカニズム解析
公開日2019/3/26
報告書年度2015 - 2017
委託先名昭和電工株式会社
プロジェクト番号P15001
部署名次世代電池・水素部
和文要約開発項目:「固体高分子形燃料電池利用高度化技術開発事業/普及拡大化基盤技術開発/酸化物系触媒の革新的高機能化のためのメカニズム解析」平成27年度?平成29年度分成果報告
本研究開発では、酸化物系触媒作製における窒化効果の解析及び触媒メカニズムの高度分析用サンプルの製造技術開発のために、以下の内容を検討した。(1)Zr酸化物モデル触媒の作製法の検討及び高度分析用モデル触媒の大量合成技術の確立し、横浜国大と同様な高触媒活性を有するZr酸化物モデル触媒の再現ができた。また、触媒合成量を0.1g/Bから2.0g/Bまでスケールアップすることに成功し、Spring-8による触媒構造分析及びJARIでのMEA触媒活性評価に触媒サンプル提供した。(2)回転リングディスク電極(RRDE)法によるZr酸化物触媒の酸素還元反応メカニズムの解明を行った。Zr酸化物触媒は水への直接4電子還元反応に対して3.75電子反応を行い、白金触媒より2桁小さい反応速度定数を示した。(3)窒素ドープが触媒活性に及ぼす効果を調べた。Anatase, Rutile, Brookite型TiO2に窒素をドープした結果、0.7wt%の窒素を含有したRutile型TiO2において高い触媒活性が確認された。窒素ドープによりTiO2の格子欠陥(酸素空孔)やTi3+形成など電子的・構造的な欠損がTiO2の触媒活性発現に影響を与えることを電子スピン共鳴(ESR)分析により明らかにした。
英文要約Title:Development of Advanced PEFC Utilization Technologies Development of Fundamental Technologies for PEFC Promotion Advanced analysis of metal oxide cathode for innovative performance (FY2015-FY2017) Report
In this study, we have investigated the followings for the effect of nitrogen (N) -doping on metal oxide-based catalysts and the development of catalyst synthesis technology for the advanced analysis of catalyst mechanism. (1) Study of synthesis method of and establishment of mass synthesis technology of Zr oxide model catalyst for the advanced analysis: we successfully reproduced the Zr oxide model catalyst with high catalytic activity similar to that of Yokohama National Univ. We also succeeded in synthesizing the Zr oxide catalysts from 0.1g B to 2.0g/B and provided these catalyst samples for the analysis of catalytic structure by Spring-8 and the MEA evaluation of catalytic activity at JARI. Investigation of catalytic reaction mechanism for the oxygen reduction reaction (ORR) by the rotating ring-disk electrode (RRDE) method: It was found that the Zr oxide catalyst showed a 3.75 electron reaction toward directly 4-electron reduction reaction to water, and showed two orders of magnitude lower than the platinum catalyst in 4-electron reaction rate constant. Investigation of the effect of N doping on catalytic activity: it was confirmed that the Rutile type TiO2 containing 0.7 wt% of N showed the highest catalytic activity for the ORR among N-doped Anatase, Rutile, Brookite type TiO2. In addition, Electron spin resonance (ESR) analysis revealed that electron and structural defects such as lattice defects (oxygen vacancies) and Ti3+ formation of TiO2 affect the enhancement of the TiO2 catalytic activity by N doping.
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