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

燃料电池阴极仿生碳催化剂的研制及结构分析

基本信息

批准号：
16J00939
负责人：
田中雄大
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J00939/
关键词：
燃料電池金属錯体炭素材料酸素還元電極触媒

项目摘要

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。

使用含有Fe，Co，Cu，Mn和Ni作为前体的Fe，Co，Cu，Mn和Ni的金属沙质配合物作为前体制备非差异金属碳催化剂，并评估其催化活性。首先，合成了含有Fe，Co，Cu，Mn和Ni的金属沙伦复合物（M/2NAPD）。将金属沙伦配合物（0.3 mmol）吸附在碳载体上（Vulcan XC-72R，100 mg），然后在氮流下在1000°C下钙化，以获得碳催化剂（M/2NAPD@VC）。此外，使用无金属苏琳配体作为前体的碳催化剂类似地制备作为比较（2NAPD@vc）。通过旋转环磁盘电极方法在氧气饱和0.1 M水溶液HCLO4溶液中评估了碳催化剂的ORR活性。结果，与不包含金属的2NAPD@VC的发作潜力相比，0.71 V（vs rhe），含有碳催化剂的金属的发作潜力被积极地转移到0.86 V（Fe/2napd@vc），0.79 V（CO/2NAPD@VC），0.83 V（CU/2NAPD@VC（CU/2NAPD@VC），VC（CU/2NAPD@VC）（MN/2NAPD@VC）和0.73 V（Ni/2napd@vc）和0.73 V（Ni/2napd@vc）。上述结果表明，催化剂前体中包含的金属物种会影响制备后碳催化剂的催化活性。此外，与MN和Ni相比，含有Fe，CO和Cu的碳催化剂具有较高的ORR活性，尤其是含有Fe的碳催化剂（Fe/2NAPD@VC）具有更好的催化活性。