プロトン交換膜燃料電池における酸性酸素還元のためのPt系電極触媒の設計パラダイム
プロトン交換膜燃料電池(PEMFC)の普及には、低コストで高活性なPt系陰極電極触媒の開発が不可欠である。従来のPtの固有構造最適化に加え、最近の設計戦略では、活性サイト組成、触媒-支持体相互作用、界面微小環境の連動制御が重視されている。本稿では、Pt系電極触媒の構造活性相関と触媒機構に関する包括的なレビューを行う。代表的な戦略として、ひずみ/配位子制御、規則格子金属間化合物、コアシェル構造、単原子触媒/合金、高エントロピー合金、軽元素ドーピング、支持体エンジニアリング、表面微小環境制御などを体系的に議論する。従来の形態学的特徴のカタログ化とは異なり、触媒効率を支配する物理化学的起源に深く踏…
FIFrontiers in Materials · CC BY 4.0
プロトン性セラミック電気化学セルのオペランド特性評価:プロトンの欠陥化学、電極再構築、界面進化の解明
- PCECが電解質薄膜化・電極ナノ構造化・界面工学の進歩により500~650°Cでの可逆動作、450°C以下での動作、水素・アンモニア・メタン含有ガス対応などの性能向上を達成した
- オペランドDRIFTS、ラマン分光法、X線・中性子法、EIS/DRT解析などのマルチモーダル特性評価技術により、電圧依存的なプロトン交換速度や酸素電極表面の再構築が解明された
MEEnergies · MDPI · CC BY 4.0
MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス セメントペーストにナノTiO2を配合した際のNOガス光触媒分解に関する研究
本研究は、セメントペーストにナノTiO2を配合した際のNOガス分解性能を、TiO2含有量(3-12%)、起泡剤含有量、水セメント比、養生期間を制御して系統的に調査した。最適なナノTiO2含有量は6%で、これが最高の圧縮強度をもたらした。一方、ナノTiO2含有量を増やす(最大12%)とNO除去率が大幅に向上(9.73%に達する)するが、過剰な起泡剤は光触媒を閉じ込め、効率を低下させる。水セメント比の増加はガス拡散を促進するが、養生期間の延長はマトリックスを緻密化し、UV-触媒接触を妨げるため、28日時点で除去率が20.3%低下した。微細構造解析により、NOは硝酸イオン(NO3-)に光触媒酸化さ…
MMMaterials · MDPI · CC BY 4.0
MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス 低温酸性媒体中での酸素を用いた鉄(II)イオン酸化のためのハイブリッドPt/CeO2/TiO2触媒
- Pt0.25/CeO2.5/TiO2触媒が0.3M硝酸中でFe2+をFe3+に酸化する高い有効性を実証し、純TiO2またはCeO2担体よりも優れた性能を示した
- 室温での反応速度定数は0.304 L/(mol·min)、活性化エネルギーは10.7 kJ/molと非触媒プロセス比で5倍以上低い
- ゾルゲル法で合成した平均約5 nmの高分散CeO2粒子にPtを選択析出させ、TiO2上に担持する手法で触媒を調製
MNNanomaterials · MDPI · CC BY 4.0
MATERIALS素材・マテリアルインフォマティクス カーボンナノチューブを多機能支持体として利用したフタロシアニン系電極触媒:持続可能なエネルギー変換と環境応用の進展
カーボンナノチューブ(CNTs)は、金属フタロシアニン(MPc)系電極触媒の多機能支持体として優れており、分子触媒固有の導電性や凝集性の低さといった限界を克服する。本レビューは、MPcとCNTsの界面設計における最近の進歩を体系的にまとめ、持続可能なエネルギー変換と環境浄化における性能最適化を図る。界面設計戦略は、(1)分散・修飾工学(非共有結合相互作用による物理的固定化や標的修飾)、(2)化学結合工学(強固な軸配位や共有結合グラフトによる安定した活性サイト形成と溶出防止)、(3)幾何・空間工学(CNTsの曲率、原子欠陥、内部空洞、一次元構造を利用したひずみ導入、対称性破れ、ナノ閉じ込め効果…
MMMaterials · MDPI · CC BY 4.0
