東北大学、北海道大学、電気通信大学の研究グループが、非常に簡便なプロセスで、高活性な非白金酸素還元触媒を作製することに成功した。
リチウムイオン電池に代わる次世代電池として期待される燃料電池や金属空気電池では、正極上で酸素還元反応を起こすことでエネルギーを取り出す。酸素還元反応は反応が進行しづらいため、白金を担持した炭素触媒が一般に使用されるが、白金は高価で資源制約があり、白金に代わる安価な触媒電極材料が求められてきた。
本研究者らは、ヘムと呼ばれる分子に類似した構造を持ち、顔料などに用いられている鉄フタロシアニン系有機金属錯体に注目した。例えば、血中に含まれるヘモグロビンでは、ヘム中の鉄分子と酸素分子が結合することで酸素を体内に運んでいる。この鉄原子と酸素分子の吸着機構からヒントを得て、鉄フタロシアニン系有機金属錯体で炭素材料表面を修飾したところ、非常に活性の高い酸素還元反応特性を示すことが見出された。また同時に、理論計算を組み合わせることで、その高活性化の理論的な解析にも成功した。
従来の非白金系金属炭素触媒の電極作製では、不活性ガス下かつ高温で焼成するプロセスが必要だったが、本触媒分子を修飾するプロセスでは、焼成を必要とせず、全てウェットプロセスで作製可能だ。プロセスコストを大幅に削減できる上、鉄系の有機金属錯体である本触媒は、安価で資源制約もない非白金触媒として期待できるという。
本成果により、燃料電池や金属空気電池の脱白金化を通じ、これらのエネルギーデバイスの普及が進むことが期待される。
