多段水熱炭素化・ヘテロ原子ドープ法によるバイオマス由来電極材料の創製

本年度は、モミ殻・木質バイオマスおよびパイライト（FeS2）を原料に利用し、水熱・気相二段炭化法を用いた ORR 電極触媒の合成および評価を目的とした。モミ殻およびパイライトを原料に用いた際に Fe および Si を適量ドープするために、モミ殻のシリカ除去およびパイライトの溶解について検討し、前処理として適切な方法を模索した。結果として、モミ殻のシリカ除去に関しては、水熱処理よりも、NaOH洗浄の方が効果的であると示唆された。パイライトの溶解に関しては、水熱酸化処理が効果的であると示唆された。また、パイライトの水熱処理およびモミ殻の NaOH 洗浄により得られた試料を含む原料を用いて、水熱・気相二段炭化法によりORR 電極触媒の合成を行った。資源の有効活用率とプロセスの環境適合性を向上させるべく、ヘテロ元素添加量と余剰元素除去プロセスの低減・削減を意図して設計した『新プロセス』で合成した ORR 電極触媒について、『従来プロセス』で合成した ORR 電極触媒との比較を通して、ORR 活性および材料学的構造特性を評価した。結果として、モミ殻とパイライトを原料に新プロセスで合成した RH/FeS2 は、モミ殻が含有する Si のセルフドープとパイライト由来の Fe のドープが ORR 活性の向上に寄与し、従来プロセスで合成した ORR電極触媒であるZS/Coと同程度のORR活性を示した。また、モミ殻が含有するシリカ（SiO2）が気孔形成剤として働く可能性があると示唆された。したがって、モミ殻とパイライトの原料利用は、資源の有効活用率とプロセスの環境適合性の向上に有効であると判明した。

本年度は、モミ殻・木質バイオマスおよびパイライト（FeS2）を原料に利用し、水熱・気相二段炭化法を用いた ORR 電極触媒の合成および評価を目的とした。モミ殻およびパイライトを原料に用いた際に Fe および Si を適量ドープするために、モミ殻のシリカ除去およびパイライトの溶解について検討し、前処理として適切な方法を模索した。結果として、モミ殻のシリカ除去に関しては、水熱処理よりも、NaOH洗浄の方が効果的であると示唆された。パイライトの溶解に関しては、水熱酸化処理が効果的であると示唆された。また、パイライトの水熱処理およびモミ殻の NaOH 洗浄により得られた試料を含む原料を用いて、水熱・気相二段炭化法によりORR 電極触媒の合成を行った。資源の有効活用率とプロセスの環境適合性を向上させるべく、ヘテロ元素添加量と余剰元素除去プロセスの低減・削減を意図して設計した『新プロセス』で合成した ORR 電極触媒について、『従来プロセス』で合成した ORR 電極触媒との比較を通して、ORR 活性および材料学的構造特性を評価した。結果として、モミ殻とパイライトを原料に新プロセスで合成した RH/FeS2 は、モミ殻が含有する Si のセルフドープとパイライト由来の Fe のドープが ORR 活性の向上に寄与し、従来プロセスで合成した ORR電極触媒であるZS/Coと同程度のORR活性を示した。また、モミ殻が含有するシリカ（SiO2）が気孔形成剤として働く可能性があると示唆された。したがって、モミ殻とパイライトの原料利用は、資源の有効活用率とプロセスの環境適合性の向上に有効であると判明した。