イオン注入法により作製された固体高分子形燃料電池用白金ナノ微粒子触媒の特性

Characteristics of platinum nanoparticle catalysts for polymer electrolyte fuel cells prepared by ion implantation

加藤 翔; 八巻 徹也; 山本 春也; 箱田 照幸; 川口 和弘*; 小林 知洋*; 鈴木 晶大*; 寺井 隆幸*

Kato, Sho; Yamaki, Tetsuya; Yamamoto, Shunya; Hakoda, Teruyuki; Kawaguchi, Kazuhiro*; Kobayashi, Tomohiro*; Suzuki, Akihiro*; Terai, Takayuki*

本研究では、燃料電池カソードの酸素還元反応を担う白金(Pt)微粒子触媒をイオン注入法により作製した。実験では、100keVの白金イオンをフルエンス710410 ions/cmの範囲でグラッシーカーボン基板に注入した。ラザフォード後方散乱分析より求めた注入層の深さ分布をもとに、Pt濃度が表面で最大となるよう、注入試料の表層に対しアノード酸化による電気化学エッチングを施した。その後、窒素雰囲気下で400Cの熱処理を加えることで、ナノ微粒子として凝集させた。走査型電子顕微鏡観察によって、熱処理後における試料の表面では直径数十nmの微粒子が形成されていることが確認された。回転ディスク電極を用いた電気化学測定では、酸素飽和の水溶液中で大きなカソード電流が観測され、得られた微粒子が酸素還元触媒として機能することが明らかになった。

Glassy carbon substrates were implanted with 100-keV platinum ions at fluences between 710 and 410 ions/cm. The unimplanted samples were surface-etched electrochemically and thermally treated in order to prepare platinum nanoparticles on their topmost layer. Scanning electron microscope observation revealed the platinum nanoparticles with a diameter of a few tens of nanometers on the surface. The voltammogram using a rotating disk electrode showed large cathodic current due to oxygen reduction reaction activity of the obtained nanoparticles.