炭素担体へのイオン照射によるPtナノ微粒子触媒の活性向上; 界面構造にXAFS測定で迫る

Activity enhancement of Pt nanoparticle catalysts by the ion-irradiated carbon supports; Clarification of the interfacial structures by XAFS measurements

木全 哲也*; 垣谷 健太*; 山本 春也*; 田口 富嗣*; 松村 大樹   ; 下山 巖   ; 岩瀬 彰宏*; 小林 知洋*; 八巻 徹也*; 寺井 隆幸*

Kimata, Tetsuya*; Kakitani, Kenta*; Yamamoto, Shunya*; Taguchi, Tomitsugu*; Matsumura, Daiju; Shimoyama, Iwao; Iwase, Akihiro*; Kobayashi, Tomohiro*; Yamaki, Tetsuya*; Terai, Takayuki*

最近我々は、Arイオン照射グラッシーカーボン(GC)を担体としたPtナノ微粒子が高い酸素還元反応(ORR)活性を示すことを見出した。このORR活性向上はGC中の照射欠陥による構造的, 電子的効果に起因することから、本研究ではX線吸収微細構造(XAFS)測定を用いてGC/Pt界面の構造を検討した。Pt L吸収端における広域X線吸収微細構造スペクトルの解析結果では、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おり、照射欠陥との電子的相互作用がPtナノ微粒子の原子構造に影響を及ぼすことが分かった。応用物理学会講演奨励賞受賞に伴う招待講演として、ORR活性向上メカニズムの解明に向けたXAFSの役割をレビューする。

Quite recently, the Pt nanoparticles on the Ar-ion-irradiated glassy carbon (GC) substrate have been found to exhibit high oxygen reduction reaction (ORR) activity due to electronic and structural effects through the irradiation lattice defects in the support. We performed X-ray absorption fine structure (XAFS) measurements to investigate the interface between GC and the Pt nanoparticles. The extended X-ray absorption fine structure at the 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 electronic interaction at the interface would modify the atomic structure of the supported Pt nanoparticles, thereby improving their ORR activity. This invited talk, called the JSAP young scientist presentation award speech, reviews what our strategy of the XAFS measurements should be for the mechanistic understanding of the GC/Pt-nanoparticle interface and enhanced ORR activity.