2016/01/22 
筑波大学数理物質系 中村潤児教授、近藤剛弘准教授、郭東輝（Donghui Guo）研究員らは、レアメタルの白金に代わる燃料電池炭素触媒の活性点を形成する窒素種を特定しました。
これまで窒素ドープ炭素材料が、燃料電池のカソード電極反応である酸素還元反応に対して高い触媒性能を示すことは広く知られていましたが、どの部位で触媒反応が起きているかという触媒活性点については様々な提案が出されており、明らかにはされていませんでした。本研究では特定の窒素種だけを持つモデル触媒を複数調製し、それらの触媒特性を比較・解析することにより、触媒活性点を形成する窒素種がピリジン型窒素と呼ばれる窒素種であることを特定しました。また、ピリジン型窒素が炭素材料に導入されると、ピリジン型窒素の隣のπ共役系を形成している炭素原子に局在化した電子準位が形成され、これがルイス塩基として機能するようになることが、二酸化炭素の吸着実験などから示されました。以上の結果より、窒素ドープ炭素材料の酸素還元反応に対する触媒活性点は、ピリジン型窒素の隣のルイス塩基となっている炭素原子であると結論付けられました。
図 窒素ドープ炭素材料で起こっている酸素還元反応の触媒サイクルの模式図
（手前）中村潤児教授 （左）郭東輝研究員 （右）近藤剛弘准教授