イオンビームによる炭素担体の格子欠陥を利用したPtナノ微粒子触媒の作製,2; 局所構造解析

Preparation of platinum nanoparticle catalysts using ion-beam-induced lattice defects in carbon supports, 2; Local structure analysis

木全 哲也*; 八巻 徹也; 山本 春也; 松村 大樹   ; 下山 巖   ; 寺井 隆幸*; 岩瀬 彰宏*; 藤村 勇貴*; 小林 知洋*; 箱田 照幸

Kimata, Tetsuya*; Yamaki, Tetsuya; Yamamoto, Shunya; Matsumura, Daiju; Shimoyama, Iwao; Terai, Takayuki*; Iwase, Akihiro*; Fujimura, Yuki*; Kobayashi, Tomohiro*; Hakoda, Teruyuki

固体高分子形燃料電池の低コスト化を目指して、高い酸素還元反応(ORR)活性を有するPtナノ微粒子の研究が盛んである。我々はこれまでに、Arイオン照射グラッシーカーボン(GC)を担体としたPtナノ微粒子が高いORR活性を示すことを見出している。そこで本研究では、Pt/GC界面におけるPt-C結合がORR活性の向上に寄与すると考え、その局所構造を調べるためXAFS測定を行った。Pt L吸収端のEXAFSを解析すると、イオン照射GC基板上のPtナノ微粒子の方が未照射に比べ、Pt-Pt結合の結合距離が短縮していた。つまり、ORR活性の向上は、Pt-C結合形成によるPtナノ微粒子の構造変化に起因することが初めて示唆された。

Carbon-supported platinum (Pt) nanoparticles have been studied intensively for applications to oxygen reduction reaction (ORR) catalysts in polymer electrolyte fuel cells. The Pt nanoparticles on the Ar-ion-irradiated glassy carbon (GC) substrate were previously found to have improved ORR activity. We analyzed here the local structure by XAFS measurements to clarify the mechanism of the Pt-C bonding at the Pt/GC interface, which could contribute to the observed high ORR activity. EXAFS of Pt L edge demonstrated that the Pt-Pt bond length in the Pt nanoparticles was shorter on the Ar-ion-irradiated GC substrate than on the non-irradiated one. Therefore, the formation of Pt-C bonding would modify the structure of the Pt nanoparticles, thereby improving the ORR activity of the Pt nanoparticles.