东京大学：燃料电池催化剂的氧还原反应活性加倍：
-铂金用量显着减少-
-向10倍催化剂性能迈进-
东京大学
美国国立量子与放射科学技术研究所
我们开发了一种“在用离子束照射的碳材料中保留铂的新方法”。
成功实现“将聚合物电解质燃料电池（PEFC）的催化性能提高一倍”。
FCV的扩展：
为了扩大使用氢的燃料电池汽车的普及，必须降低安装 PEFC 的成本。
PEFC成本降低：
这其中的关键是“PEFC氧极的ORR催化剂材料”。
使用当前的 ORR 催化剂，
昂贵的 Pt 颗粒保留在碳材料中。
大量使用“Pt微粒/碳材料”。
在减少 Pt 使用量方面，提高 ORR 活性和耐久性已成为技术问题。
离子辐照研究设施 (TIARA)：
使用定量研究所的离子辐照研究设备
在碳材料中引入缺陷结构，
一种催化剂是通过一种在表面形成Pt微粒的新方法制成的。
同步辐射实验和理论计算：
在阐明这种高激活/机制时，
通过“将电荷从 Pt 微粒转移到碳材料”，
我们发现“界面相互作用的增强取决于对 Pt 氧化的抑制”。
离子束引入的缺陷结构：
通过离子束引入缺陷结构，“界面相互作用”得到加强。
除了提高 ORR 活性外，它还暗示了“抑制与 ORR 相关的 Pt 细颗粒劣化的效果”。
[公告要点]
・ 氧还原反应活性加倍
用于离子束照射的碳材料
采用保留铂微粒的新方法，
成功将燃料电池催化剂的氧还原反应活性提高两倍以上
・碳保持铂的缺陷结构
提高氧还原反应活性，
碳缺陷结构保持铂细颗粒和
一种新的机制澄清了它是由与铂的相互作用引起的。
・ 铂金用量显着减少：
今后，我们将提高耐久性，实现实际的催化剂制造工艺。
燃料电池成本可以通过显着减少铂的用量来降低。
http://www.t.u-tokyo.ac.jp/press/pr2022-03-31-001
成功将燃料电池催化剂的氧还原反应活性提高2倍以上-催化剂性能提高10倍-有望降低燃料电池成本-（新闻稿）
http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2022/220331_2/
Токійський університет: подвоює активність реакції відновлення кисню каталізаторів паливних елементів:
– Значне скорочення використання платини-
-Розвищення продуктивності каталізатора в 10 разів
Токійський університет
Національні інститути квантової та радіологічної науки та технологій
Ми розробили «новий метод утримання платини в вуглецевих матеріалах, опромінених іонними променями».
Зумів «подвоїти каталітичні характеристики паливного елемента з полімерним електролітом (PEFC)».
Розширення FCV:
Щоб розширити поширення FCV, які використовують водень, важливо знизити вартість PEFC, які будуть встановлені.
Зниження витрат PEFC:
Ключ до цього — «матеріал каталізатора ORR для кисневих полюсів PEFC».
З існуючими каталізаторами ORR,
Дорогі частинки Pt затримуються у вуглецевому матеріалі.
Використовується велика кількість «дрібних частинок Pt/вуглецевого матеріалу».
Зменшення кількості використовуваного Pt покращення активності та довговічності ORR стало технічною проблемою.
Дослідницький центр іонного опромінення (TIARA):
Використання дослідницького комплексу іонного опромінення Інституту кількісних досліджень
Введення дефектної структури в вуглецеве матеріал,
Новим методом утворення дрібних частинок Pt на поверхні виготовляють каталізатор.
Досліди та теоретичні розрахунки синхротронного випромінювання:
У з’ясуванні цього високого механізму активації,
Шляхом «перенесення заряду від дрібних частинок Pt до вуглецевого матеріалу»,
Ми виявили, що «посилення взаємодії між поверхнями залежить від придушення окислення Pt».
Дефектна структура, внесена іонним пучком:
За допомогою введення дефектної структури іонним пучком посилюється «межфазна взаємодія».
На додаток до покращення активності ORR, він також передбачає «ефект придушення погіршення стану дрібних частинок Pt, пов’язаного з ORR».
[Пункт оголошення]
・ Подвоїти активність реакції відновлення кисню
Для вуглецевих матеріалів, опромінених іонними променями
Завдяки новому методу утримання дрібних частинок платини,
Вдалось підвищити реакційну активність каталізатора паливних елементів більш ніж вдвічі
・ Дефектна структура платини, що утримує вуглець
Поліпшення активності реакції відновлення кисню,
Вуглецева дефектна структура, що утримує дрібні частинки платини і
За новим механізмом було з’ясовано, що це викликано взаємодією з платиною.
・ Значне скорочення використання платини:
У майбутньому ми покращимо довговічність і реалізуємо фактичний процес виробництва каталізатора.
Витрати на паливні елементи можна зменшити за рахунок значного зменшення кількості використовуваної платини.
Phys. Rev. Materials 6, 035801 (2022)
– Activity enhancement of platinum oxygen-
reduction electrocatalysts using ion-beam induced defects
ABSTRACT
High activity is one of the primary requirements for the catalysts in proton exchange membrane fuel cell applications.
Platinum (Pt) is the best known catalyst, especially for oxygen reduction at the cathode;
however, further activity improvements are still required.
Previous computational studies suggested
that the catalytic activity of Pt nanoparticles could be enhanced by a Pt − carbon (C) support interaction.
We have recently found
that an enhanced electronic interaction occurs at the interface between an argon-ion ( Ar + )-irradiated glassy carbon (GC) surface and Pt nanoparticles.
Here, we report
a more than twofold increase in specific activity for the Pt nanoparticles on the Ar + -irradiated GC substrate compared to that on the nonirradiated GC substrate.
The mechanism of this activity enhancement was investigated by local structure analysis of the interface.
Ar + irradiation of the carbon support led to the formation of Pt − C bonding, thus protecting the deposited Pt nanoparticles from oxidation.
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevMaterials.6.035801