真に水素社会に貢献する燃料電池自動車用の革新的な超耐久空気極触媒の創製

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本研究はタイトルである「真に水素社会に貢献する燃料電池自動車用の革新的な超耐久空気極触媒の創製」とある様に、高耐久ではなく、それよりも更に耐久性があると考えられる「超(高)耐久空気極触媒の創製」が目的である。本研究でのターゲットなる固体高分子形燃料電池(PEFC)は家庭用定置電源や燃料電池自動車に用いられているが、現行材料の空気極担体のカーボンは今後の自動車用の作動条件(高温、高電圧化)を見据えた場合、耐久面で問題があり使用ができないため、脱炭素で高耐久な担体の開発を3年間に行ってきた。本年度は去年度までの内容をベースにチタン酸化物系電極触媒の開発について検討した。我々は、酸素還元反応(ORR)の白金代替触媒として、比較的安価で埋蔵量の多い4、5族酸化物に着目してきた。これまで、ポルフィリン環状炭窒素含有化合物(TiOTPyzPz)を原料とし、低酸素分圧下で焼成して得られたTi酸化物ベース触媒に優れたORR活性を見出してきた。また、酸化チタンへのFeやNi、Znの添加で活性が向上することも見出してきた。特にFe及びZnの同時添加がORR活性向上の効果が高かった。しかし、FeやZnの添加効果は明らかになっていない。そこで今年度では、Ti系に着目し、酸素還元能に対するFe及びZnの添加効果の検討を行った。その結果、Znの熱処理による気化により隙間構造が形成され、比表面積の増大をもたらし、二重層容量の増大に寄与したと考えられる。すなわち、電気化学的有効表面積の増大がZnの添加効果である。Feの添加効果は活性サイトの増加と考えられる。以上より、Znの添加効果とFeの添加効果が共に作用することによって、ORR活性向上のための影響因子である有効に働く活性サイトの増加に寄与したと考えられる。