抄録/ポイント：
抄録/ポイント
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燃料電池は室温に近い条件下で水素または炭化水素中に含まれる巨大な化学エネルギーを電気化学的経路により直接、クリーン、持続可能な電気エネルギーに変換できるため、非常に将来性のある世界エネルギー需要を満たす究極の解決策の一つと見なされている。典型的な水素燃料電池において、水素が正極で酸化され、酸素が陰極で還元され、動力学的な観点から、酸素還元反応(ORR)は水酸化反応より遅い。酸性または塩基性条件下では,酸素の還元は4つの電子過程または2つの二電子過程によって行われるが,酸性およびアルカリ性環境における反応機構は異なる。白金は最も効果的なORR触媒であるが、高価、安定性が悪い、中毒しやすいなどの制約を受け、現在、非白金触媒はますます注目される発展方向になっている。本論文では、分子触媒、金属ナノ材料触媒、金属酸化物触媒及び新興の二次元材料触媒などの面から、最近10年間にORR電気化学触媒を代表できる例を選び、その利点と欠点を分析し、今後のこの分野の研究にいくつかの有益な考え方を提供した。典型的な分子触媒はポルフィリン類化合物であり、この四座のN4配位子は遷移金属、特に鉄、コバルトと錯化する時、常に良好なORR触媒性能を示し、多くの場合、その中の遷移金属中心、配位子と炭素担持系は共に触媒の活性中心を構成する。いくつかの報告において、フェナントロリンとピリジン型N2化合物も配位子として用いることができる。第四と第五族の多くの金属で形成された異なる価の酸化物はいずれも酸素還元活性を有し、例えばMnOx、CoOx、TiOx、ZrOx、IrOxなどである。金属酸化物は容易に修飾されることができないため、凝集と腐食などの多くの利点があるが、その良好なORR性能は表面の欠陥と密接な関係があり、そのため、ペロブスカイト型酸化物ABOxも広く注目されている。酸化物の結晶サイズ,サイズ,組成を調整することによって,より良い触媒性能を得ることができた。近年、液相合成技術の発展に従って、理想的な形状とサイズの単分散ナノ粒子が調製され、その後、スピンコーティング、自己集合などの手段によって、適切な電極上に修飾され、増強性能のORR触媒が得られた。形状とサイズの調節により、またその他の複雑なナノ構造を組み合わせることで、触媒活性や安定性を向上させることができるため、ナノ触媒に関する研究は日々増えている。これらに基づいて,グラフェンの修飾可能性と良好な電気化学的性質を考慮すると,ナノ複合材料グラフェンは,二次元または三次元構造をもつ良好な酸素還元触媒性能を提供するが,MoS2はグラフェンの代わりに二次元触媒として注目されるべき研究方向である。以上のように、既存の非白金触媒は依然として商業化の要求を完全に満たすことが難しいが、設計理念と合成方法の快速発展は、将来の問題を解決することが期待される。一方,制御可能なサイズ,形状,組成,および表面形態を有するナノ触媒の設計は,このプロセスを加速させることができる。Data from Wanfang. Translated by JST【JST・京大機械翻訳】
