遂に成功した燃料電池触媒のリアルタイム解析 － 燃料電池車実現に向けてメカニズム解明 － （プレスリリース）
- 公開日
- 2007年03月19日
- BL01B1（XAFS）
2007年3月19日
国立大学法人 東京大学
トヨタ自動車株式会社
株式会社豊田中央研究所
財団法人 高輝度光科学研究センター（JASRI/SPring-8）
大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 放射光科学研究施設（PF）
国立大学法人 鳥取大学
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環境問題、エネルギー問題への対応が早急に求められる今日、水素と酸素を原料としてクリーンな水のみを排出しかつ高エネルギー効率の燃料電池システムは、自動車をはじめとする様々な分野への実用化が切望されている。しかし、陽極（カソード）起電力の改善や白金溶出による触媒劣化などの諸問題を解決することが、燃料電池自動車の実用化には必要不可欠になっている。そのためには、実際の燃料電池作動時における電極触媒(Pt/C)表面の電気化学的反応、触媒種の構造変化過程、及び燃料電池触媒表面の反応機構を解明する必要があった。 （論文） |
＜参考資料＞
水素（アノード触媒側）と空気（カソード触媒側）から電気を生む。そのエネルギー効率は83％と非常に高く、自動車エンジンの約3倍にもなる。
および、N2雰囲気下での0.4 → 1.0 Vの電位変化過程におけるPt/Cカソード触媒のPt LIII端のEXAFSフーリエ変換
N2雰囲気下での1.0 → 0.4 Vの電位変化過程におけるPt/Cカソード触媒のPt LIII端のEXAFS振動（左）新型のX線吸収微細構造法(QXAFS)により測定。
N2雰囲気下での0.4 → 1.0 Vの電位変化過程におけるPt/Cカソード触媒のPt LIII端のEXAFSフーリエ変換（右）Pt-Pt及びPt-O結合の数と距離が分かる。
＜用語解説＞
（説明1） Time-gating QXAFS (TG-QXAFS)法：
従来のQXAFS法はひとつのXAFS（説明3参照）スペクトルを測定するのに15秒程度がかかり、電極反応のように速い過程を追跡できない。本法では、1秒ずつ切り出して（time-gating）測定したXAFSスペクトルを合成することにより全スペクトルを得ることで1秒の時間分解能を実現した。
（説明2） エネルギー分散型XAFS (DXAFS)：
通常のXAFSはモノクロメーターで放射光からのＸ線のエネルギーを掃引しスペクトルを得るが、 DXAFS（Dはdispersive）法では、放射光を湾曲Si結晶により焦点を結ばせその焦点に試料を置くことでスペクトルを位置敏感型検出器により一挙に測定してしまう方法であり、今回、世界最速の4ミリ秒の時間分解能で燃料電池触媒の変化をリアルタイム観察することに成功した。DXAFS測定は加速器研究機構放射光科学研究施設（PF）で行った。
（説明3） XAFS：
Ｘ線吸収微細構造（X-ray Absorption Fine Structure）の略。放射光からのＸ線を物質に照射するとＸ線吸収スペクトルに波打ちが現れる。これをEXAFS（広域XAFS）振動とよぶ。この振動をフーリエ変換して、散乱関数によりフィッティング解析するとPt-PtやPt-O結合の距離や数が求まる。触媒ナノ微粒子のような長距離構造秩序のない物質の構造情報を与えうるほとんど唯一のその場(in situ)観察手法である。
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＜本件に関する問い合わせ先＞ 東京大学 大学院理学系研究科 化学専攻 助手 東京大学大 学院理学系研究科 化学専攻 教授 ＜SPring-8についての問い合わせ先＞ 財団法人高輝度光科学研究センター 広報室 |
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