燃料電池カソード触媒を目指した金属ポルフィリン担体としての炭素材料の検討 Investigation of Carbon Materials as Supports for Metalloporphyrins Used for Cathode Catalyst in Fuel Cells

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著者

    • 湯浅 真 YUASA Makoto
    • 東京理科大学理工学部 Department of Pure and Applied Chemistry, Faculty of Science and Engineering, Tokyo University of Science
    • 北尾 水希 KITAO Mizuki
    • 東京理科大学理工学部 Department of Pure and Applied Chemistry, Faculty of Science and Engineering, Tokyo University of Science
    • 藤田 賢治 FUJITA Kenji
    • 東京理科大学理工学部 Department of Pure and Applied Chemistry, Faculty of Science and Engineering, Tokyo University of Science

抄録

酸素四電子還元触媒として有効なコバルトポルフィリンとして, 5,10,15,20-テトラエチルポルフィリンコバルト (CoTEtP) を合成した. 比表面積の異なる各種炭素粒子 (カーボンブラック) および多層カーボンナノチューブ (MWCNT) 表面上にCoTEtPを修飾し, 調製した触媒をNafion溶液に分散させ, エッジ面パイロリティックグラファイト (EPG) 電極上にキャストすることにより修飾電極とした. X線光電子分光法 (XPS) により, CoTEtPを担持させたカーボンブラックの触媒表面のCo濃度 (Co atom%) をもとめた結果, 比表面積の大きな担体ほど触媒表面のCo濃度が増加する傾向が示された. サイクリックボルタンメトリー (CV) および回転ディスク電極 (RDE) を用いた電気化学的測定により, 熱処理前の触媒においては, 比表面積が大きなBlack Pearls 2000を担体として用いた触媒でピーク電位は最も貴な<i>E</i><sub>p</sub>=0.48V <i>vs.</i> SCEとなり, CoTEtPの吸着量に伴い活性が向上することが明らかとなった. 得られた触媒を不活性ガス雰囲気下で熱処理するとさらなる活性向上が認められ, Ketjen Black ECを担体として用いた触媒においても貴な電位 (<i>E</i><sub>p</sub>=0.51V <i>vs.</i> SCE) および高い反応選択度 (反応電子数<i>n</i> =3.9) で酸素の四電子還元が進行することが明らかとなった. CoTEtPをMWCNTへ担持させる際には, 界面活性剤であるTriton X-100を添加し分散性向上を試みた. Triton X-100を加えた系では触媒表面のCo濃度の増大が観測されたが, 触媒表面へのTriton X-100の吸着のためにRDE測定から求めた活性化支配電流である<i>I</i><sub>k</sub>の値は, Triton X-100を添加していない触媒と比べて減少した. MWCNTを担体として用いた触媒を熱処理すると, カーボンブラックと同様に活性向上を示した. 特にTriton X-100を添加した触媒では, MWCNTに吸着していたTriton X-100が熱処理により分解し, 電荷移動が容易になったため, <i>I</i><sub>k</sub>の値が大幅に増大した. 本実験系で調製したこれらの触媒において, 燃料電池における白金によらない新しいカソード触媒としての可能性が示された.

<i>meso</i>-Substituted cobalt porphyrins adsorbed on carbon materials were prepared by using a homogenizer in mixing cobalt tetraethylporphyrin and various carbon materials. These electrocatalysts gave rise to electroreduction of O<sub>2</sub> at a remarkably positive potential (<i>E</i><sub>p</sub> = 0.44 V versus saturated calomel electrode (SCE)) and showed a high selectivity for the four-electron reduction (<i>n</i> = 3.9). The catalyst heat-treated at 600°C showed higher potential (<i>E</i><sub>p</sub> = 0.44 V <i>vs.</i> SCE). Electrochemical study and X-ray photo spectroscopy (XPS) analysis revealed that the adsorbed amount of cobalt-porphyrin molecules caused highly effective catalysts for electroreduction of O<sub>2</sub>.

収録刊行物

  • 高分子論文集  

    高分子論文集 63(9), 607-612, 2006-09-25 

    The Society of Polymer Science, Japan

参考文献:  34件

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各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    10018244351
  • NII書誌ID(NCID)
    AN00085011
  • 本文言語コード
    JPN
  • 資料種別
    ART
  • ISSN
    03862186
  • NDL 記事登録ID
    8518687
  • NDL 雑誌分類
    ZP16(科学技術--化学・化学工業--高分子化学・高分子化学工業)
  • NDL 請求記号
    Z17-92
  • データ提供元
    CJP書誌  NDL  J-STAGE 
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