プロトン交換膜燃料電池のための安価なFe/N/C触媒: 市販の未処理カーボンブラックにおける構造パラメータが酸素還元活性度へ及ぼす影響

CHARRETEUR Fanny; JAOUEN Frederic; RUGGERI Stephane; DODELET Jean-pol

文献

J-GLOBAL ID：200902207639001070 整理番号：08A0057291

プロトン交換膜燃料電池のための安価なFe/N/C触媒: 市販の未処理カーボンブラックにおける構造パラメータが酸素還元活性度へ及ぼす影響

Fe/N/C non-precious catalysts for PEM fuel cells: Influence of the structural parameters of pristine commercial carbon blacks on their activity for oxygen reduction

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資料名：
巻： 53 号： 6 ページ： 2925-2938 発行年： 2008年02月15日
JST資料番号： B0535B ISSN： 0013-4686 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：イギリス (GBR) 言語：英語 (EN)

プロトン交換膜燃料電池における酸素還元反応(ORR)に用いるFe/N/C型電解触媒の作製にあたって,N1からN9の様々な等級にわたる15種類の市販SRCCファーネスカーボンブラックを炭素担体として使用した。様々な等級の炭素へ酢酸鉄として0.2wt.%の鉄を添加し,この生成物質を純粋なアンモニア中において950°Cで熱処理することにより,全ての触媒を作製した。この反応により,ORRをおこなうFe/N/C触媒部位を合成するのに必要な窒素含有量と多細孔性がもたらされた。各炭素等級の最大触媒活性(V_prmax)は,熱分解時間を最適化することにより決定した。この研究のねらいは,どの未処理カーボンブラックの構造特性が触媒活性を最大にするために重要になるのか,を決定することである。そこで,炭素担体における触媒部位密度に影響を及ぼした3つの構造パラメータを同定した。それらを以下に記す。1)BET面積測定により得られた,未処理カーボンブラックの平均粒径d_particle,2)無秩序相の量が比例する,未処理炭素のRamanスペクトルにおけるDピークの半値幅W_D,3)カーボンブラックで黒鉛結晶を特性化するグラフェン層の平均サイズL_a。また,L_aは,未処理炭素のXRDスペクトルのRietveld分析により得られた。d_particleが最小値,W_Dが最大値,L_aが最大値のときに,最大触媒活性が得られることがわかった。これら3つのパラメータを最適化することにより,未処理カーボンブラックの画分を最大にでき,アンモニアとの反応において多細孔を形成できる。従って,Fe/N/Cの触媒部位が形成されるのである。また,2つの隣り合う黒鉛結晶を橋かけするFeN₂₊₂/C構造を,Fe/N/C型のような触媒に存在する多くの触媒部位のポテンシャルモデルとして提案する。Copyright 2008 Elsevier B.V., Amsterdam. All rights reserved. Translated from English into Japanese by JST.

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燃料電池 , その他の触媒 , 炭素とその化合物

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