Carbon alloy catalysts; Active sites for oxygen reduction reaction

カーボンアロイ触媒; 酸素還元反応の活性点

池田 隆司; Boero, M.*; Huang, S.-F.*; 寺倉 清之*; 尾嶋 正治*; 尾崎 純一*

Ikeda, Takashi; Boero, M.*; Huang, S.-F.*; Terakura, Kiyoyuki*; Oshima, Masaharu*; Ozaki, Junichi*

窒素をドープした炭素材をもとにした触媒が固体高分子形燃料電池の白金代替電極触媒として注目されている。本研究では、カーボンアロイ触媒における可能な酸素の吸着状態と吸着した酸素の還元過程をシミュレーションにより調べた。カソードの環境を模擬した分子動力学シミュレーションにより酸素分子の吸着は触媒材料のモルフォロジーと原子構造に依存することがわかった。また、カーボンアロイの特定の位置に窒素をドープすると金属がなくても触媒活性を示すことが明らかとなった。

Nitrogen-doped carbon-based catalysts are attracting a renovated interest as potential Pt-free electrode catalysts for polymer electrolyte fuel cell. In this computational study, we inspect possible oxygen adsorption and reduction processes on various models for the exposed edges of these catalysts. The dynamics of an O molecule solvated in water, mimicking the cathode environment, shows that O adsorption depends on the morphology and atomic structure of the system. We show that carbon alloys with N dopants at specific sites can exhibit a metal-free catalytic activity.