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燃料電池の高性能・長寿命化に向けたイリジウム合金アノードの表面設計と反応解析

用于高性能和长寿命燃料电池的铱合金阳极的表面设计和反应分析

基本信息

批准号：
21H01645
负责人：
和田山智正
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、構造の規定された合金単結晶表面を超高真空中で物理構築し、触媒表面構造モデルとして用いて、固体高分子形燃料電池(PEFC)のアノードで進行する水素酸化反応(HOR)や過酸化水素(H2O2)の生成メカニズムを検討することを目的として行われた。さらに、アノード触媒開発に不可欠な表面構造を原子レベルで提示することを目標とした。より具体的には、PEFCアノード触媒材料としてIrとその合金系を選択し、分子線エピタキシ(MBE)法やアークプラズマ堆積(APD)法を用いて、Ir単結晶表面合金のような構造規制された表面をアノード触媒モデルとしてドライプロセス合成し、走査型電気化学顕微鏡(SECM)を用いてそのHOR活性とH2O2生成特性を評価して、反応メカニズムを明らかにすることを狙った者である。R3年度の単味Irの基本低指数面（111),(110),(100)表面の示すHOR活性とH2O2生成特性の評価結果に基づいて、R4年度にはIr(111)単結晶基板に対して、基板温度を制御してRuを真空堆積して作製したIr-Ru(111)モデル触媒表面系のアノード触媒特性を検討した。その結果、低速イオン散乱分光分析結果から試料最表面のRu / Ir原子組成は、試料作製熱処理温度に依存し、1 : 1 (673 K), 1 : 2 (773 K), 1 : 4 (873 K)であることを見いだした。HORは、最表面のIr2 や Ir3アンサンブルサイトが担うことがわかった。一方H2O2生成特性に関しては、Ru単結晶(0001)面では活発に生成するのに対して、Ir-Ru(111)ではSECMの検出限界以下であり、最表面IrサイトがH2O2生成抑制に寄与することを明らかにした。

This study aims to investigate the physical structure, catalyst surface structure and application of solid polymer fuel cells (PEFC) in ultra-high vacuum. The surface structure of the catalyst can not be changed. Specific PEFC catalyst materials and Ir alloy system selection, molecular wire coating (MBE) method and APD method application, Ir single crystal surface alloy structure regulation, surface catalyst synthesis, investigation type electrochemical micromirrors (SECM) application, HOR activity and H2O2 generation characteristics evaluation There are many people who can see this coming from the anti-media store. The basic HOR activity and H2O2 generation characteristics of Ir (111),(110) and (100) surfaces in R3 and Ir (111) single crystal substrates in R4 were evaluated based on the evaluation results. The catalyst characteristics of Ir(111) single crystal substrates in R3 and Ir (111) single crystal substrates in R4 were investigated under the control of substrate temperature and Ru vacuum deposition. The results of low speed dispersive spectroscopic analysis show that the Ru / Ir atomic composition on the outermost surface of the sample depends on the heat treatment temperature of the sample, 1 : 1 (673 K), 1 : 2 (773 K), 1 : 4 (873 K). HOR, the most superficial Ir2 Ir3 Ir3 A H2O2 generation characteristic is related to the formation of H2O2 on the Ru crystal (0001) plane. Ir-Ru(111) is below the detection limit of SECM.