電気化学反応を利用した新奇コアシェル構造ナノシートの創製と燃料電池用触媒への応用

利用电化学反应创建新型核壳结构纳米片及其在燃料电池催化剂中的应用

• 批准号: 16J09715
• 负责人: 滝本 大裕
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Shinshu 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-16J09715/
• 关键词: コアシェル構造ナノシート; 燃料電池用電極触媒; 酸素還元反応活性; アンダーポテンシャルデポジション; コアシェルナノシート

本研究の目的は，高比表面積かつ優れた安定性を有するRu 金属ナノシート表面にPt原子層を析出した、RuコアPtシェル構造ナノシートを合成することである．前年度までに，RuコアPtシェル構造ナノシートを調製に成功した．さらなる触媒活性と耐久性の向上に向けて電極触媒調製を検討する課題が見つかった．種々の調査から活性と耐久性の向上には，平滑なPt原子層を作成することで，課題克服できる可能性を見出した．そこで本年度は，平滑なPt原子層を堆積できる条件を抽出することを目的とし，中性電解液中で平滑なPt原子層を基板上に堆積可能か検討した．銅のアンダーポテンシャル析出法（Cu-UPD法）を利用して多結晶金基板でPt原子層の堆積挙動について調査した． 電解液に硫酸と硫酸ナトリウムを使用し，pH（酸性と中性）に対するPt原子層の表面ラフネスについて検討した．どちらのpH条件でもCu-UPD電位は変化ないことを確認した．また，硫酸ナトリウムではCuイオンの拡散速度が遅いことがわかった．したがって，Cu-UPD時間が硫酸より長いことを明らかにした．Cu-UPD原子層を作製した後，Ptイオンとの置換析出反応を試みた．その結果，中性電解液中でPt原子層を堆積させることで平滑なPt原子層を作成できることを見出した．酸性電解液中では，Pt多原子層を堆積させる際，Cuイオンとプロトンの両方が堆積する．これにより表面ラフネスが大きな（平滑でない）Pt原子層が堆積すると考えた．一方で中性電解液中では原理的にCuイオンしか堆積しないので，平滑なPt原子層を作成可能であると考えた．以上の結果から，本研究課題の目的実現に必要な明らかにする点をすべて明らかにできた．

The purpose of this study is to synthesize Pt atom layer on Ru metal surface, Pt atom layer on Ru metal surface and Pt atom layer on Ru metal surface. In the previous year, the structure of Ru Pt was successfully modulated. The problem of catalyst activity and durability is discussed. The investigation of the activity and durability of the species has revealed the possibility of overcoming the problem of smooth Pt atomic layer formation. This year, the smooth Pt atomic layer deposition conditions were removed. Copper deposition method (Cu-UPD method) was used to investigate the deposition of Pt atomic layers on polycrystalline gold substrates. Electrolyte sulfuric acid and sulfuric acid are used together, pH (acidic and neutral) is used to prepare Pt atomic layer surface. Cu-UPD potential changes when pH conditions change. The speed of dispersion of sulfuric acid is very high. Cu-UPD atomic layer is prepared by reaction of Pt and Pt. As a result, Pt atomic layers in neutral electrolytes are deposited and smooth Pt atomic layers are formed. In acidic electrolyte, Pt multi-atomic layers are deposited, while Cu multi-atomic layers are deposited. The Pt atomic layer is deposited on the surface of the Pt atom layer. A neutral electrolyte in the principle of Cu As a result, the aim of this study is to make it clear that there is a need for further research.

项目成果

Ru-core@Pt-shell nanosheet for fuel cell electrocatalysts with high activity and durability

• DOI: 10.1016/j.jcat.2016.11.026
• 发表时间: 2017
• 期刊: Journal of Catalysis
• 影响因子: 7.3
• 作者: Daisuke Takimoto;T. Ohnishi;J. Nutariya;Zhongrong Shen;Y. Ayato;D. Mochizuki;Arnaud Demortière;A. Boulineau;W. Sugimoto

ynthesis of Two-Dimensional Nanosheet Catalysts with Ru-core@Pt-shell and its Oxygen Reduction Reaction Activity

Ru核@Pt壳二维纳米片催化剂的合成及其氧还原反应活性

• 发表时间: 2016
• 作者: Daisuke Takimoto;Tomohiro Ohnishi;Jeerapat Nutariya;Zhongrong Shen;Yusuke Ayato;Dai Mochizuki;Arnaud Demortire;Adrien Boulineau;Wataru Sugimoto
• 通讯作者: Wataru Sugimoto

Ru@Ptナノシートモデル電極触媒のORRならびにHOR活性

Ru@Pt纳米片模型电催化剂的ORR和HOR活性

• 发表时间: 2018
• 作者: 黒岩絵里;Jeerpat Nutariya;滝本大裕;望月 大;杉本 渉
• 通讯作者: 杉本 渉

コアシェル構造型ナノシート

核壳结构纳米片

• 发表时间: 2016

Ru-core@Pt-shell nanosheet anode catalyst: High activity and durability for hydrogen oxidation reaction in the presence of CO

Ru-core@Pt-shell纳米片阳极催化剂：CO存在下的氢氧化反应具有高活性和耐久性

• 发表时间: 2016
• 作者: Daisuke Takimoto;Tomohiro Ohnishi;Jeerapat Nutariya;Zhongrong Shen;Yusuke Ayato;Dai Mochizuki;Arnaud Demortire;Adrien Boulineau;Wataru Sugimoto
• 通讯作者: Wataru Sugimoto