燃料電池正極用バイオミメティック・カーボン触媒の開発と構造解析

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中心金属の異なるFe、Co、Cu、Mn、Niを含む金属サレン錯体を前駆体とした非貴金属カーボン触媒を調製し、その触媒活性を評価した。まず、Fe、Co、Cu、Mn、Niを含む金属サレン錯体 (M/2NAPD) を合成した。金属サレン錯体 (0.3 mmol) をそれぞれカーボン担体 (Vulcan XC-72R, 100 mg) に吸着後、窒素気流下中、1000 °Cで焼成し、カーボン触媒を得た (M/2NAPD@VC)。また比較として金属を含まないサレン配位子を前駆体に用いたカーボン触媒も同様に調製した (2NAPD@VC)。酸素を飽和させた0.1 MのHClO4水溶液中、回転リングディスク電極法により、カーボン触媒のORR活性を評価した。その結果、金属を含まない2NAPD@VCのオンセット電位、0.71 V (vs RHE) に比べ、金属を含むカーボン触媒のオンセット電位は0.86 V (Fe/2NAPD@VC)、0.79 V (Co/2NAPD@VC)、0.83 V (Cu/2NAPD@VC)、0.73 V (Mn/2NAPD@VC)、0.73 V (Ni/2NAPD@VC) と正側にシフトし、ORR活性が向上した。以上の結果より、触媒前駆体中に含まれる金属種は、調製後のカーボン触媒の触媒活性に影響を及ぼすことが示唆された。また、Mn, Niに比べ、Fe, Co, Cuを含むカーボン触媒は高いORR活性を有し、特にFeを含むカーボン触媒 (Fe/2NAPD@VC) はより優れた触媒活性を有することが明らかとなった。