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構造制御されたＰｔＮｉナノクラスターの合成と燃料電池電極触媒への展開

结构可控PtNi纳米团簇的合成及其在燃料电池电极催化剂中的应用

基本信息

批准号：
19F19035
负责人：
唯美津木
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、中空多孔性カーボン材料を合成し、この細孔内を利用したPt-Ni合金電極触媒粒子を調製し、その構造、酸素還元反応特性、耐久性を明らかにすることを目的とした。中空多孔性シリカを鋳型として、中空多孔性カーボンHPCSを合成し、Pt及びNi錯体を2,2'ジピリジルアミン (dpa) 共存下含浸し、乾燥、水素による還元処理を行うことで、HPCSに担持されたPt-Ni合金ナノ粒子を調製した。TEM観察及びXRD解析の結果、HPCS内に平均粒径2.0±0.4 nmのPt-Ni合金ナノ粒子が形成されていることがわかった。dpaがない場合には、顕著な合金の相分離と粒径の増大が見られた。dpa以外の様々な有機配位子を用いた合成を検討したところ、ピリジン骨格を有する有機分子が粒径制御に有効であり、dpaで最も小さいPt-Ni合金ナノ粒子が得られることがわかった。Pt/Ni比の異なる複数のPt-Ni/HPCS触媒を合成し、RDEを用いた酸素還元反応(ORR)活性の評価を行ったところ、Pt-Ni/HPCS触媒は、市販のPt/C触媒やKBに担持したPt-Ni触媒と比較してECSAが大きく、MA, SAとも優れた活性値を示した。Pt/Ni=1.22の試料が最もORR活性が高く、0.9 Vで3.25 A mg-1_PtのMAを示し、市販のPt/Cと比較して13.5倍の値であった。加速劣化試験によって触媒の耐久性を評価したところ、加速劣化試験回数に伴ってECSAの低下は見られるものの、市販のPt/Cと比較してその低下は緩やかであり、60,000回の加速劣化試験後にも2.3±0.4 nmの粒径を維持していることが分かった。また、このdpaを利用したPt系合金ナノ粒子の触媒調製法を更に発展させ、メタノールを用いた電極酸化反応触媒の調製も行った。

The purpose of this study is to synthesize porous Pt-Ni electrode catalyst particles, utilize them in pores, modulate their structure, improve their reactivity and durability. hollow porosity, high porosity, high TEM observation and XRD analysis results show that Pt-Ni alloy particles with an average particle size of 2.0±0.4 nm are formed in HPCS. The phase separation and particle size increase of the alloy in the case of dpa Organic ligands other than dpa are available for particle size control. Pt/Ni ratio difference between a plurality of Pt-Ni/HPCS catalyst synthesis, RDE, use of acid reduction reaction (ORR) activity evaluation, Pt-Ni/HPCS catalyst, market Pt/C catalyst, KB support, Pt-Ni catalyst comparison, ECSA, MA, SA, excellent activity evaluation. Pt/Ni=1.22 sample has the highest ORR activity, 0.9 V = 3.25 A mg-1_Pt MA, market Pt/C ratio = 13.5 times. Accelerated degradation test: durability evaluation; accelerated degradation test: number of cycles associated with ECSA reduction; market Pt/C ratio: comparison; accelerated degradation test: 60,000 cycles; particle size: 2.3±0.4 nm The catalyst modulation method of Pt alloy particles is used to develop and modulate the catalyst of electrode acidification.