【本学研究者情報】

〇環境科学研究科
教授　和田山智正
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 電極触媒反応メカニズムを原子レベルで検討するための実験プラットフォームを構築しました。
• 燃料電池用白金－ハイエントロピー合金^（注1）の酸素還元反応^（注2）を表面原子レベル構造の観点から解明しました。
• 白金－ハイエントロピー合金の酸素還元反応特性は白金－コバルト合金に対して飛躍的に向上させることに成功しました。
• 燃料電池自動車用高性能触媒の設計・開発指針を原子レベルで提示した成果です。

【概要】

　燃料電池用触媒には白金とコバルトなどの遷移金属とを合金化した触媒が実用化されおり、活性の面で白金に比べて高い特性を示しますが、安定した特性を持続する耐久性の観点から問題があります。そのため合金触媒の活性と耐久性を両立するための研究開発が精力的に行われています。

　東北大学大学院環境科学研究科環境材料表面科学分野の和田山智正教授と千田祥大大学院生らは、活性と耐久性を両立する物質として5元素種が混合したハイエントロピー合金（High Entropy Alloy; HEA）を白金と合金化させた白金－ハイエントロピー合金（Pt-HEA）に注目しました。触媒反応が進行する合金最表面構造と構成元素種の分布を制御したモデル触媒を作製し、Pt-HEA表面が高い活性と耐久性を両立することを明らかにしました。

　この研究成果は、産業技術総合研究所電池技術研究部門の田口昇主任研究員、五百蔵勉研究グループ長との共同研究により得られたもので、燃料電池自動車用高性能触媒の新規な材料系としてPt-HEAの将来性を期待させるとともに、実触媒開発をする上で重要な表面設計指針を原子レベルで提示したものです。

　本研究成果は7月26日、科学誌Nature Communications誌にオンライン掲載されました。

【用語解説】

注1　ハイエントロピー合金
5種類以上の元素を等濃度に近い割合で混合した合金。構成元素がランダムに分布した状態で安定化し、従来の合金には見られない特異で優れた力学特性や機能特性を示す。

注2　酸素還元反応（ORR; Oxygen Reduction Reaction）
固体高分子形燃料電池（PEFC）の正極で進行する化学反応。O₂ + 4H⁺ + 4e^- → 2H₂Oの反応式で表される。負極で起こる水素酸化反応に対し反応速度が著しく遅くPEFC全体の律速段階であり、負極に対し多量の白金を触媒として必要とする。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学大学院環境科学研究科
教授　和田山智正（わだやま としまさ）
電話：022-795-7319
E-mail：wadayamt*material.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学大学院環境科学研究科
情報広報室
電話：022-752-2241
E-mail：kankyo.koho*grp.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）