全バイオマス由来ナノ血炭電極触媒の創製と次世代電池への展開

源自整个生物质的纳米炭电极催化剂的制备及其在下一代电池中的应用

• 批准号: 22K19077
• 负责人: 藪 浩
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19077/
• 关键词: 金属空気電池; バイオマス; 電極触媒; 燃料電池; ナノ血炭; ビタミン血炭; セルロースナノファイバー; 電気化学触媒; レアメタル代替

本年度の目的は、ホヤ殻由来 CNFと血粉の混合比の変化による炭素の組成制御を行うことと、組成とORR/OER電極触媒としての相関を解明することである。まず、ホヤ殻由来セルロースナノファイバー（CNF）と血粉の混合比率を変えて焼成した「ナノ血炭」電極触媒を合成し、その組成がどのように変化するか検討を行なった。X線光電子分光の結果から、血粉のヘム鉄やタンパク、リン脂質に由来して、酸素還元反応（ORR）・酸素発生反応（OER）触媒活性に有効なFeN4構造やN、Pなどのヘテロ元素の導入が確認された。ラマン散乱測定により、得られたナノ血炭触媒がカーボンブラックと同等のグラファイト率であることも確認した。さらに、ホヤ殻由来CNFと乾燥血粉だけでなく、コバルト錯体であり、ラン藻類などに豊富に含まれるビタミンB12を混合焼成することにより、「ビタミン血炭」電極触媒を合成することに成功した。ビタミン血炭電極触媒は高いORR・OER触媒活性を示すだけでなく、水素発生反応（HER）触媒活性もあることが判明した。ORRは燃料電池や金属空気電池の放電時の正極反応であり、OERは水電解における酸素極や金属空気電池の充電反応である。また、HERは水電解の水素極反応であり、本研究で見出したナノ血炭およびビタミン血炭を電極触媒として用いることで、水素製造における水電解、水素を活用する燃料電池、次世代エネルギーデバイスとして期待される金属空気二次電池の電極反応全てに対応できる可能性が示された。次年度に向け、金属空気二次電池への実装と充放電特性の検討を進める。

The origin of this year’s purpose, は and ホヤshell The mixing ratio of CNF and blood meal is changed, the carbon composition is controlled, and the composition of the ORR/OER electrode catalyst is related to the explanation. The origin of まず, ホヤ shell is セルロースナノファイバー (CNF) and blood powder の mixing ratio を変えて焼成した「ナノblood charcoal」electrode catalyst をsynthesisし、その constitutes がどのように変化するか検question を行なった. The result of X-ray photoelectron spectroscopy, the blood powder, the blood meal, the origin of the lipoprotein, the acid reduction reaction (ORR)・The activeness of the acid oxidation reaction (OER) catalyst is confirmed by the FeN4 structure and the introduction of the P element.ラマン scattered measurement により, られたナノblood charcoal catalyst がカーボンブラックとequivalentのグラファイトratioであることもconfirmationした.さらに, ホヤ shell origin CNF と dried blood powder だけでなく, コバルト照あり, ランAlgae などに豊富にcontaining まれThe mixture of るビタミンB12を and the することにより and the "ビタタミンblood charcoal" electrode catalyst were successfully synthesized. The catalytic activity of ビタミンblood charcoal electrode catalyst is high and the ORR・OER catalytic activity is clear. ORR is the positive electrode reaction of the fuel cell and the metal air battery when discharging, and OER is the acid electrode of the water electrolysis and the charging reaction of the metal empty battery.また、HERはWater electrolysis のhydrogen extreme reaction であり、This study has revealed したナノblood charcoal The およびビタミンblood charcoal electrode catalyst として is made of いることで and hydrogen, and the における water is Electrolysis, hydrogen utilization fuel cells, and next-generation fuel cells are expected The possibility of electrode reaction of the metal-air secondary battery is fully demonstrated. In the following year, the charging and discharging characteristics of metal-air secondary batteries will be improved.

项目成果

Trifunctional Rare‐Metal‐Free Electrocatalysts Prepared Entirely from Biomass

• DOI: 10.1002/aesr.202200107
• 发表时间: 2022-09
• 期刊: Advanced Energy and Sustainability Research
• 作者: Kosuke Ishibashi;M. Grewal;Koju Ito;Naoki Shoji;Y. Matsuo;H. Yabu

YABU Laboratory

薮部实验室

アザフタロシアニン系材料を用いた非白金触媒の開発と高活性化

氮杂酞菁材料非铂催化剂的开发及高活化

• 发表时间: 2022
• 作者: Grewal Manjit Singh;Kisu Kazuaki;Orimo Shin-ichi;Yabu Hiroshi;藪浩
• 通讯作者: 藪浩

金属アザフタロシアニン顔料のエネルギー材料への展開

金属氮杂酞菁颜料能源材料的开发

• 发表时间: 2022
• 作者: Ohtani Shunsuke;Kato Kenichi;Fa Shixin;Ogoshi Tomoki;生越友樹;Hiroshi Yabu;生越友樹;藪浩;Tomoki Ogoshi;藪浩
• 通讯作者: 藪浩

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