CNT先端に存在する金属ナノ粒子の触媒化学への応用

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カーボンナノチューブ(CNT)が,その構造に由来する特異な物理的・化学的性質を有しており触媒などの機能性材料への応用が検討されている.本研究ではカーボンブラック(CB)に担持したPtナノ粒子上でのエチレン分解によりPtナノ粒子を先端もしくは末端に持つCNTを調製できることを見出している.そこでこのCNTを生成させたCB担持Pt触媒を固体高分子形燃料電池(PEFC)のカソード触媒への応用を検討した.PEFCカソード触媒では通常CB担持Pt触媒が利用されているが,PEFCの長時間の運転によりPtナノ粒子同士が凝集し活性が低下することが問題とされている.CBに担持されたPt粒子上でエチレン分解によりCNTを生成させた場合,Ptナノ粒子は各々がCNTの壁面で隔離されているため,PEFC運転下でも高い耐久性を示すと考えた.そこでCB担持Pt触媒上でエチレン分解によりCNTを生成させた触媒,およびCNT未生成触媒の電気化学的活性を評価した.電気化学的活性の評価は三電極式電気化学セルを用いた.触媒の耐久性を確認するために,電位変動サイクルに伴うPtの電気化学的活性表面積の変化を観察した.CNT未生成触媒では電位変動に伴いPtの電気化学的な活性表面積は単調に低下する一方,CNTを生成させた触媒ではPtの電気化学活性表面積は維持された.この結果から,CNTの壁面により隔離されたPt粒子の安定性は高いと考えられる.しかし,CNT生成した触媒の耐久性試験における初期の活性表面積は低かった.CB担持Pt触媒上にCNTを生成させるためにエチレン分解を行ったが,この際CB上のPt粒子がアモルファス炭素により被覆されてしまったことが電極活性低下の原因であり,この被覆した炭素の生成を抑制できれば活性,安定性の優れたPEFCカソード触媒を調製できると考えている.