B-XRD 1078 Pt ナノ粒子の水素導入前後における 粒径分布・結晶子サイズ解析 はじめに 固体高分子形燃料電池（PEFC）は燃料極、固体高分子膜、空気極が一体化した膜/電極接合体（Membrane Electrode Assembly：MEA）の他にガスケットやセパレーターで構成されたセルを複数個つなげた（スタック）もので す。燃料極では水素やメタノールが供給され、触媒反応によりプロトンと電子に分解されます。この反応では触媒とし てカーボンに担持したPtナノ粒子を用いますが、発電特性や寿命などは、水素雰囲気下におけるPtナノ粒子の挙動 によって変化します。ここでは、水素雰囲気下でのPtナノ粒子の粒径分布・結晶子サイズに着目して評価を行いまし た。 測定・解析例 カーボン上に担持したPtナノ粒子（粒径2~3 nm、濃度約40 mass%）の水素導入前後の粒径解析と結晶子サイズ解 析を行いました。粒径解析は小角散乱法により行い、結晶子サイズ解析は赤外線加熱高温装置Reactor Xを用いて 水素導入前後のX線回折測定を行いました。水素導入前後の小角散乱パターンとPtナノ粒子の粒径分布を図1に、 水素導入前後のX線回折パターンと結晶子サイズの変化を図2に示します。 0 2 4 2θ (˚) 6 8 ― ： 水素導入前 ― ： 水素導入後 Distribution (arb.units) Intensity (Normalized) ― ： 水素導入前 ― ： 水素導入後 10 0 1 平均サイズ：2.8 nm 分散：27% 平均サイズ：3.1 nm 分散：28% 2 3 4 Particle size (nm) 5 6 図1 水素導入前後の小角散乱パターンとPtナノ粒子の粒径分布解析結果 3.5 Pt 111 水素ガス 導入 Crystallite size (nm) Intensity (a.u.) Pt 200 3 結晶子サイズ増加 2.5 2 1.5 ● ： 水素ガス導入 □ ： 窒素ガス導入 1 30 35 40 2θ (˚) 45 50 55 0 2 4 6 8 Number of scan 10 12 図2 水素導入前後のX線回折パターンとPtナノ粒子の結晶子サイズの変化 解析の結果から、水素導入により平均粒径は2.8 nmから3.1 nmに成長し、結晶子サイズは2.2 nmから3.1 nmへ成 長していることがわかりました。これらの結果から、水素導入前のPtナノ粒子は薄いPt酸化被膜で覆われており、水 素導入に伴い酸化被膜が金属Ptに還元され、その結果平均粒径、結晶子サイズともに増加したものと考えられま す。 参考文献： H.Yashiro,17th Fall Meeting The Ceramic Soc. Jpn,2P60(2004) 推奨装置 ► 試料水平型多目的X線回折装置 Ultima IV ► 全自動水平型多目的X線回折装置 SmartLab ► 赤外線加熱高温装置 Reactor X ► 粒径・空孔径解析ソフトウェア NANO-Solver (K0213ja)
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