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燃料電池の電極を原子レベルで観察し、理論的に明らかにする ―原子分解能の電子顕微鏡観察に基づく化学反応の動的過程の解明―

2019.04.26
研究成果Physics & ChemistryMaterialsTechnology

 燃料电池の电极や排ガス浄化触媒の活性はナノメートルスケールでの「界面」によって大きく决定されます。近年の电子顕微镜技术の発展により、きれいに成长させたモデル触媒や电极の界面の原子レベルでの构造が少しずつ明らかにされていますが、実用界面の构造がどのようになっており、実用界面においてどのように活性が発现しているかが课题として残されていました。
 今回、九州大学稲盛フロンティア研究センター古山 通久教授(現国立研究開発法人物質?材料研究機構/信州大学)、同 劉 淑生(現国立研究開発法人産業技術総合研究所)、同 サハ レトン(現東北大学)、九州大学工学研究院 松村 晶教授、東京大学生産技術研究所 梅野 宜崇准教授らの共同研究グループは、エネファームに用いられている固体酸化物形燃料電池の実用電極系を対象として研究に取り組み、下記のブレイクスルーを実現しました。

1)电极反応サイトとなる界面构造を原子レベルで初めて観察
2)観察された界面构造に基づき大规模?长时间系の反応ダイナミクスの理论解析を実现
3)反応サイトは一次元的ではなく固体内も含めた叁次元的に広がっていることを解明

 原子レベルでの电子顕微镜観察像に基づく电子状态や安定性に関する理论解析はこれまでにも报告されてきましたが、化学反応の动的过程の理论的解析は初めての报告です。
今后、高度な计测科学と理论科学を実践的に融合した研究を様々な対象にも展开することで、高効率なエネルギー?环境技术の実现につなげて行きたいと考えています。

(参考図)(补)原子分解能电子顕微镜(贬础础顿贵-厂罢贰惭)による反応场の観察像、(产)原子分解能电子顕微镜像に基づき构筑されたシミュレーションモデル、(肠)反応ダイナミクスシミュレーションにより明らかとなった反応経路

研究者からひとこと

今回の成果は、科学技术振兴机构の戦略的创造研究推进事业颁搁贰厂罢(2011年12月~2018年3月)の长期にわたる支援で実现されました。构造が复雑な実用电极系の活性サイトを电子顕微镜で観察することも大変でしたが、大规模な理论计算のための高精度のパラメータを决定する点に最も时间がかかりました。高精度パラメータの决定は东京大学?梅野先生との共同研究ではじめて実现できました。

论文情报

,Communications Chemistry,
10.1038/s42004-019-0148-x

研究に関するお问い合わせ先

古山 通久 九州大学稲盛フロンティア研究センター 教授(現国立研究開発法人物質?材料研究機構エネルギー? 環境材料研究拠点/信州大学先鋭材料研究所)
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