AEMFCにおける高効率水素・酸素電極反応のためのPd/MnO₂:Pd/C電気触媒

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• 触媒作用

背景:

• 費用効果が高く耐久性のある電気触媒の開発は、アニオン交換膜燃料電池（AEMFC）の進歩にとって重要です。
• パラジウムベースの触媒は有望ですが、二官能活性を高めるためには最適化された支持材料が必要です。

研究 の 目的:

• β-MnO2、バルカンカーボン（C）、およびハイブリッドブレンド（Pd/MnO2:Pd/C）上に支持されたPdベースの触媒を、二官能性電極として評価すること。
• 酸素還元反応（ORR）および水素酸化反応（HOR）における触媒性能に対するMnO2およびカーボン支持体の相乗効果を調査すること。

主な方法:

• 化学還元による触媒合成。
• TGA、ICP-OES、TEM、BET、およびXRDを用いた特性評価。
• 回転ディスク電極（RDE）研究およびAEMFCテストを用いた電気化学的評価。

主要な成果:

• ハイブリッドPd/MnO2:Pd/Cは、個々の支持体と比較して、ORRとHORの両方で優れた活性と速度論を示しました。
• AEMFCテストでは、ハイブリッドが128.0 mW cm⁻²（カソード）および221.7 mW cm⁻²（アノード）を達成しました。
• ハイブリッド触媒は3000サイクル後も99%以上の活性を維持し、優れた耐久性を示しました。

結論:

• カーボン支持体によって促進されるPdナノ粒子とMnO2の相乗作用は、触媒性能と安定性を向上させます。
• ハイブリッドPd/MnO2:Pd/Cは、AEMFC用途向けの有望な二官能性で耐久性のある電気触媒です。
• MnO2は構造スペーサーとして機能し、それ自体はHORに対して不活性ですが、質量輸送と安定性を向上させます。