2研究成果／次世代電池

R-12

2025

プラチナ合金触媒粒子表面の原子配列の解明

アピールポイント

表面Ptの非対称な結合状態が触媒性能に影響
【技術シーズ：走査透過電子顕微鏡法／第一原理計算】

背景・課題

・車載用固体高分子形燃料電池に使われるPt₃Co合金粒子は純Pt粒子よりも優れた触媒性能を示す。

・Pt層が表面に形成した周期的な結晶構造を持つPt₃Co合金では、さらに優れた触媒性能を示すことが知られているが、詳細な理由は不明

・酸素と水素の反応が粒子表面で行われることに着目し、表面原子の並びが触媒性能に及ぼす影響を明らかにする。

解決手段

・走査透過電子顕微鏡（STEM）法の高精度画像取得・解析技術と第一原理計算を組み合わせて、触媒反応に重要な表面構造を解明

成果・優位性

①Pt層が表面に形成した周期的な結晶構造を持つPt₃Co粒子からSTEM像を取得

②表面Pt原子の僅か数ピコメートルの変位計測と第一原理計算を組み合わせた解析により、表面Ptが非対称な結合を形成していることを観測
→この特徴的な結合状態が触媒性能に影響を与えることを解明

期待される市場・応用

・固体高分子形燃料電池

発表文献

S. Kobayashi et al., ACS Nano, 19 (2025) 3510-3518

謝　辞：本研究は、JSPS科研費（JP21K18196、JP22H04914）、NEDO委託業務「燃料電池等利用の飛躍的拡大に向けた共通課題解決型産学官連携研究開発事業」（JPNP20003）、文部科学省マテリアル先端リサーチ事業（JPMXP09A21UT0037）において実施されたものである。

担当者：小林俊介、大森雄貴、仲山啓、大江耕介、黄馨慧、桑原彰秀