Research Abstract

メタノール耐性酸素還元電解触媒としての白金修飾共有結合性トリアジン骨格とカーボンナノ粒子のハイブリッド

Platinum-modified covalent triazine frameworks hybridized with ​carbon nanoparticles as ​methanol-tolerant oxygen reduction electrocatalysts

2014年9月22日 Nature Communications 5 : 5040 doi: 10.1038/ncomms6040 (2014)

共有結合性トリアジン骨格は、二次元分子構造を持つ架橋した多孔性ポリマーで、不均一触媒として有望な物質である。しかし、電極触媒としてのこの骨格の応用は、導電性が低いためこれまで実現されていない。今回我々は、共有結合性トリアジン骨格の重合プロセス中にカーボンナノ粒子を導入して、白金修飾共有結合性トリアジン骨格と導電性カーボンナノ粒子のハイブリッドの合成に成功したことを報告する。その結果得られた物質は、酸性溶液における酸素還元反応に対して明確な電極触媒活性を示した。さらに興味深いことに、市販のカーボン担持白金とは対照的に、この白金修飾共有結合性トリアジン骨格はメタノール酸化に対する活性をほとんど示さない。このように、白金修飾ハイブリッド共有結合性トリアジン骨格と導電性カーボンナノ粒子のハイブリッドは、メタノールが高濃度で存在しても酸素還元反応に対して選択的な活性を示す。これは、直接メタノール型燃料電池のカソード触媒として有用である可能性を示している。

神谷 和秀1, 釜井 亮2,3, 橋本 和仁1 & 中西 周次1

  1. 東京大学大学院 工学系研究科 応用化学専攻
  2. 東京大学 先端科学技術研究センター
  3. パナソニック株式会社 エコソリューションズ社 コア技術開発センター

Covalent triazine frameworks, which are crosslinked porous polymers with two-dimensional molecular structures, are promising materials for heterogeneous catalysts. However, the application of the frameworks as electrocatalysts has not been achieved to date because of their poor electrical conductivity. Here we report that platinum-modified covalent triazine frameworks hybridized with conductive ​carbon nanoparticles are successfully synthesized by introducing ​carbon nanoparticles during the polymerization process of covalent triazine frameworks. The resulting materials exhibit clear electrocatalytic activity for ​oxygen reduction reactions in acidic solutions. More interestingly, the platinum-modified covalent triazine frameworks show almost no activity for ​methanol oxidation, in contrast to commercial carbon-supported ​platinum. Thus, platinum-modified covalent triazine frameworks hybridized with ​carbon nanoparticles exhibit selective activity for ​oxygen reduction reactions even in the presence of high concentrations of ​methanol, which indicates potential utility as a cathode catalyst in direct methanol fuel cells.

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