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摘 要：日本的研究小组通过使铂负载在离子束照射后的碳材料上的新型方法，成功将固体高分子燃料电池（PEFC）的催化剂性能提高2倍以上。此外，研究明确了催化剂性能的提高与碳材料中引入的缺陷结构与铂微粒之间的相互作用引起的机制相关。
关键字：固体高分子燃料电池（PEFC）、催化剂、碳材料、铂微粒、氧还原反应活性
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通过使铂负载在离子束照射后的碳材料上的新型方法，成功将燃料电池催化剂的氧还原反应活性提高2倍以上
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明确了氧还原反应活性的提高是由于一种新机制，涉及负载铂微粒的碳材料的缺陷结构与铂之间的相互作用
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今后，通过提高耐久性，实现该催化剂量产工艺，有望大幅削减铂使用量，从而降低燃料电池的成本
氢能是实现碳中和的关键手段之一。为扩大氢燃料电池汽车（FCV）的普及，必须降低车载PEFC的成本，其关键在于PEFC氧气极的ORR（氧还原反应）催化剂材料。现在的ORR催化剂中大量使用在碳材料上负载昂贵的Pt微粒而成的“Pt微粒/碳材料”。为削减Pt使用量，技术课题是提高ORR活性和耐久性。
针对以上课题，研究小组认为，利用Pt微粒和碳材料之间的界面处Pt与碳的相互作用来操作Pt微粒的电子结构，有望解决该课题。通过以下新方法制作了催化剂：使用量子科学技术研究开发机构（以下简称“量研”）的离子照射研究设施（TIARA）向碳材料引入缺陷结构，然后在其表面上负载Pt微粒。与没有引入缺陷结构的情况相比，利用这种新方法制备的催化剂表现出2倍以上的优异ORR活性。另外，通过放射光实验和理论计算发现，该催化剂ORR活性提高的机制在于，伴随电荷从Pt微粒向碳材料的转移，界面相互作用被强化，由此抑制了Pt的氧化。
使用离子束引入缺陷结构来强化界面相互作用，不仅可以提高ORR活性，还可以抑制伴随ORR的Pt微粒劣化。研究小组以本次研究成果为基础，已经着手进行耐久性相关研究，并逐渐掌握了提高耐久性的思路。
今后，研究小组将继续致力于提升ORR活性以及耐久性的研究，从而确立大幅削减PEFC中Pt使用量的技术。将来，若能够基于本技术实现该催化剂的量产工艺，则有望降低PEFC的成本，并通过FCV的全面普及和氢能的广泛应用，对实现碳中和作出贡献。