東北大学
学際科学フロンティア研究所

新領域創成研究部の阿部博弥助教（材料科学高等研究所兼任）、東北大学材料科学高等研究所藪浩准教授（ジュニアPI）、東北大学大学院環境科学研究科末永智一教授（現東北大学イノベーション戦略推進センター特任教授）、および北海道大学電子科学研究所松尾保孝教授、電気通信大学大学院情報理工学研究科中村淳教授からなる研究グループは、非常に簡便なプロセスで高活性な酸素還元触媒電極の作製に成功しました。

 

燃料電池や金属空気電池などは、リチウムイオン電池に代わる次世代電池として期待されています。これらの電池の正極（空気極）では、電極上で酸素の還元反応を起こすことでエネルギーを取り出すことが可能です。酸素還元反応は反応が進行しづらいため、反応を促進するために触媒として、白金を担持した炭素触媒が使用されていますが、高価で資源制約のある白金に代わる安価な触媒電極材料が求められていました。

本研究では、顔料などに用いられている鉄フタロシアニン系有機金属錯体を炭素材料表面に単分子状で修飾することにより、非常に活性の高い酸素還元反応特性を示すことを見出しました。本触媒分子は鉄系の有機金属錯体であるため、安価で資源制約のない非白金触媒として期待できます。同時に、理論計算を組み合わせることで、その高活性化の理論的な解析にも成功しました。

 

本研究で見出した高活性な酸素還元反応触媒電極は、燃料電池や金属空気電池の脱白金化を通して、これらのエネルギーデバイスの普及へ貢献できるものと期待されます。本研究成果は、10月18日に『NPG Asia Materials』誌に論文が掲載され、同日に本学、北海道大学、電気通信大学よりプレスリリースされました。

 

図　(a) 炭素材料表面に分子レベルで修飾された触媒の模式図および（b）今回見出した触媒電極による酸素還元性能の炭素・白金炭素触媒との比較

 

論文情報：
Hiroya Abe, Yutaro Hirai, Susumu Ikeda, Yasutaka Matsuo, Haruyuki Matsuyama, Jun Nakamura, Tomokazu Matsue, Hiroshi Yabu, "Fe Azaphthalocyanine Unimolecular Layers (Fe AzULs) on Carbon Nanotubes for Realizing Highly Active Oxygen Reduction Reaction (ORR) Catalytic Electrodes", NPG Asia Materials volume 11, Article number: 57 (2019).
DOI:10.1038/s41427-019-0154-6
https://www.nature.com/articles/s41427-019-0154-6

 

プレスリリース：
東北大学

東北大学材料科学高等研究所