Creation of Fuel-Cell Electrocatalysts by Irradiation-Induced Atomic Vacancies: Performance Control Based on Clarification of Dynamic Behavior

通过辐照诱导原子空位制备燃料电池电催化剂：基于动态行为澄清的性能控制

• 批准号: 21H04669
• 负责人: 八巻 徹也
• 金额: $ 27.29万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04669/
• 关键词: 固体高分子型燃料電池(PEFC); 電極触媒; 荷電粒子ビーム; 原子空孔; Pt/C触媒; N-C触媒; 固体高分子形燃料電池(PEFC); Nドープカーボン触媒; 固体高分子形燃料電池（PEFC）

本研究では、炭素担体上のPtナノ微粒子(Pt/C)触媒、窒素ドープ炭素系(N-C)触媒で起こる酸素還元反応(ORR)の動的挙動に着目し、X線吸収微細構造(XAFS)解析、第一原理計算と超高速レーザー分光を融合させることで、当該触媒における炭素原子空孔の役割を解明する。今年度は、蒸着、プラズマ処理等の物理的手法に加えて、様々な測定・分析に十分量となる粉末状試料の作製手法を確立するとともに、先進XAFS測定や分子動力学(MD)シミュレーション、過渡反射率測定を行った。前年度までに開発した粉末状試料へのイオンビーム照射技術を利用して、放射光Ｘ線によるオペランド測定のためのPt/C触媒粉末を作製できた。一方、N-C触媒粉末の作製では、ポリアクリロニトリルの電子線照射・焼成により、導入窒素がピリジン型とグラファイト型の化学状態を有するN-C触媒を合成した。今後の高度オペランド計測に向け、燃料電池の動作環境を模擬した湿潤、酸素雰囲気下でPt/C触媒のスペクトルを測定し、時分解XAFS測定の対照データを取得できた。X線ラマン散乱分光(XRS)測定では、高配向性熱分解グラファイト(HOPG)基板への原子空孔導入によるスペクトル変化を観測するとともに、雰囲気の高度制御に用いるスクロールポンプを導入することで、炭素のオペランドXAFS測定を行うための足掛かりを得た。MD計算では、原子空孔導入グラフェン上のPtクラスターを触媒モデルとして、その酸素吸着をシミュレーションした。上記のXAFSスペクトルの結果と合わせて、Ptと酸素との弱結合化の起源を明らかにできた。過渡反射率測定では、高感度SPAD検出器を導入し、HOPGのグラフェン面間のコヒーレント光学フォノンを計測したところ、イオン照射による寿命の短縮が確認されたことから、原子空孔導入によるグラフェン層の歪み形成が示唆された。

In this study, Pt microparticle (Pt/C) catalyst and asphyxiant carbon catalyst (NMEC) on carbon support and carbon carrier were used in this study. In this study, Pt microparticle (Pt/C) catalyst, asphyxiant carbon catalyst (NMEC) catalyst, X-ray absorption microfabrication (XAFS) analysis, first-principle calculation and ultra-high-speed absorption spectroscopy fusion spectroscopy were used to analyze the carbon atom hole in the catalyst. This year, the methods of physics, such as steaming, steaming, curing, and so on, are used to make sure that ten components of powdery materials are made, the molecular dynamics (MD) is determined by XAFS, and the reflectivity is measured by transit reflectivity. In the previous year, the powdered materials were used as raw materials, and the radiation technology was used to determine the powder of Pt/C catalyst by means of X-ray and X-ray diffraction. On the one hand, the Nmurc catalyst powder is used as a catalyst, and the cable is irradiated into the cable, and the asphyxiant is added to the chemical state of the Nmurc catalyst. In the future, the environmental model of the fuel cell, the Pt/C catalyst, the temperature of the Pt/C catalyst, the temperature of the XAFS, and the temperature of the fuel cell were tested. X-ray scattering Spectroscopy (XRS) measurement, high-profile decomposition (HOPG) substrate, atomic holes in the substrate, atomic holes and holes in the substrate. The MD calculates that the atomic holes are in the air, and that the atomic holes are filled with Pt, the catalyst, the acid, and the acid. The results of the previous XAFS test results show that the combination of Pt acid and acid is related to the origin of the complex. The transit reflectivity measurement, the high sensitivity SPAD output device input, the HOPG temperature measurement, the optical emission measurement, the radiation lifetime measurement, the short lifetime confirmation, the atomic hole insertion into the infrared spectrum, and the instigation of the atomic hole in the infrared spectrum show that the error is not correct.

项目成果

炭素担体へのイオン照射によるPtナノ粒子触媒のORR活性向上

碳载体离子辐照提高 Pt 纳米粒子催化剂的 ORR 活性

• 发表时间: 2021
• 作者: 岡﨑宏之;出崎 亮;越川 博;山本春也;八巻徹也
• 通讯作者: 八巻徹也

Changes of oxygen adsorption state of Pt nanoparticle catalyst on the carbon support by the ion irradiation

离子辐照下碳载体上Pt纳米粒子催化剂氧吸附状态的变化

• 发表时间: 2021
• 作者: 岡﨑宏之;出崎亮;越川博;松村大樹;山本春也;八巻徹也
• 通讯作者: 八巻徹也

グラファイト のコヒーレント光学フォノンにおけるイオン照射効果

离子辐照对石墨中相干光学声子的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: T. Fujita;R. Hayashi;M. Kohda;J. Ritzmann;A. Ludwig;J. Nitta;A. D. Wieck;and A. Oiwa;加藤太一，高木一旗，今野佑磨，木全哲也，山本春也，八巻徹也，中村一隆
• 通讯作者: 加藤太一，高木一旗，今野佑磨，木全哲也，山本春也，八巻徹也，中村一隆

Ultrafast quantum-path interferometry of photo-absorption involving excitons in a GaAs multiple-quantum-well structure

GaAs 多量子阱结构中涉及激子的光吸收超快量子路径干涉测量

• DOI: 10.1016/j.ssc.2022.115056
• 发表时间: 2023
• 期刊: Solid Sate Communications
• 作者: Yuya Furusho ;Ryoko Yagi ;Masaki Suda ;Tsukasa Maruhashi ;Itsuki Takagi ;Yosuke Kayanuma ;Fujio Minami ;Kazutaka G. Nakamura
• 通讯作者: Kazutaka G. Nakamura

The influence of initial phonon states on the generation of coherent optical phonons

初始声子态对相干光学声子产生的影响

• DOI: 10.1016/j.ssc.2022.115053
• 发表时间: 2023
• 期刊: Solid State Communications
• 影响因子: 2.1
• 作者: Takagi Itsuki;Nakamura Kazutaka G.
• 通讯作者: Nakamura Kazutaka G.