Structure of Pt(111)/ionomer membrane interface and its bias-induced change in membrane electrode assembly

Pt(111)/イオノマー界面の構造とその印可電圧依存性に関する研究

増田 卓也*; 福満 仁志*; 近藤 敏啓*; 猶原 秀夫*; 田村 和久   ; 坂田 修身*; 魚崎 浩平*

Masuda, Takuya*; Fukumitsu, Hitoshi*; Kondo, Toshihiro*; Naohara, Hideo*; Tamura, Kazuhisa; Sakata, Osami*; Uosaki, Kohei*

固体高分子型燃料電池では高分子膜を挟んで2つの電極が存在し、電極と高分子膜の界面の振る舞いが電池の性能を左右することが分かっている。一方で電池が動作している状態での界面の様子は明らかにされていない。そこで本研究は、モデル界面であるナフィオン/Pt(111)界面の構造を表面X線回折実験により原子スケールで調べた。X線反射率測定を行った結果、界面に電圧を印加していないとき、Pt(111)-(11)表面にイオノマーが吸着していることがわかった。また表面酸化物が形成される程度の正の電圧を印加すると、イオノマーは脱離し酸素原子がPt格子内に侵入していることが分かった。

The structure of the perfluorosulfonated ionomer (PFSI)/Pt(111) interface in a membrane electrode assembly (MEA)-like configuration of a polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell, that is, a vacuum evaporated Pt layer/PEM(Nafion membrane)/PFSI(adhesion Nafion layer)/Pt(111) single crystal, and its bias-induced change were investigated by surface X-ray scattering measurement at an atomic level. Crystal truncation rod measurement shows that PFSI adsorbed on the Pt(111)-(11) surface without bias. When the Pt(111) electrode was positively biased to form Pt oxide, the PFSI layer was detached from the Pt surface and oxygen atoms penetrated into the Pt lattice.