耐リン酸性PtCo合金：硫黄ドープ炭素カプセル化による超低Pt担持HT-PEMFC
Phosphate-tolerant PtCo alloys enabled by sulfur-doped carbon encapsulation for ultra-low-Pt-loading HT-PEMFCs (原題)
Zhuofan Gan, Zhixu Chen, Peixi Qiu, Jingwen Cao, Jiangyun Bai, Ji Feng, Zhongxin Chen, Chengwei Deng, Chengyong Shu, Wei Tang
🤖 gxceed AI 要約
日本語
本研究は、硫黄ドープ炭素カプセル層で被覆した超微細PtCo合金ナノ粒子を合成し、リン酸被毒を抑制。低Pt担持（0.1 mg cm⁻²）でも高出力密度（355 mW cm⁻²）と耐久性（100時間超）を達成し、HT-PEMFCの実用化に貢献。
English
This study develops ultrafine PtCo alloy nanoparticles encapsulated in sulfur-doped carbon layers to resist phosphoric acid poisoning. The catalyst achieves high power density (355 mW cm⁻²) with ultra-low Pt loading (0.1 mg cm⁻²) and stable operation over 100 hours, advancing low-cost HT-PEMFC technology.
Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.
📝 gxceed 編集解説 — Why this matters
日本のGX文脈において
日本は水素社会の実現に向けて燃料電池車や定置用燃料電池の普及を推進しており、Pt使用量低減はコスト削減の鍵。本研究成果は、日本の水素エネルギー戦略に寄与する可能性がある。
In the global GX context
Global hydrogen economy requires cost-effective fuel cells; this catalyst reduces platinum loading significantly, addressing a major barrier to widespread HT-PEMFC adoption in transport and stationary power.
👥 読者別の含意
🔬研究者:Provides a novel synthesis strategy for phosphate-tolerant, low-Pt catalysts that can be adapted for other electrochemical systems.
🏢実務担当者:Offers a catalyst design that could lower the cost of HT-PEMFC stacks, relevant for fuel cell manufacturers.
🏛政策担当者:Supports hydrogen energy roadmaps by demonstrating potential for cost reduction in fuel cell technology.
📄 抄録（日本語訳）
高温プロトン交換膜燃料電池（HT-PEMFC）は、CO不純物に対する優れた耐性と、水管理が容易であるという固有の利点により、大きな関心を集めている。しかしながら、Pt触媒の深刻なリン酸被毒により、低温プロトン交換膜燃料電池よりも著しく高いPt担持量が必要となり、その大規模展開を制約している。本稿では、欠陥に富むSドープ炭素被覆層（CELs）に内包された超微細PtCo合金ナノ粒子を合成するための、添加剤支援含浸法を提示する。短鎖チオグリコール酸ナトリウムの使用により、約0.4 nm厚のCELsで被覆された超微細PtCoナノ粒子（約2.82 nm）の形成が可能となり、高温アニーリング中の金属焼結を効果的に抑制し、金属-担体間相互作用を強化する。SドープCELsは、PtCo合金を物理的に隔離し、負に帯電した炭素欠陥を導入してリン酸アニオンを静電的に反発することにより、リン酸被毒に対する二重の保護を提供する。その結果、最適化されたチオグリコール酸ナトリウム-PtCo合金電極触媒は、80 °Cの0.1 M H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>中において、0.85 Vで0.695 A mg<sub>Pt</sub><sup>-1</sup>の高い質量活性と、向上した耐久性を示す。さらに、120 °Cの濃縮された85 wt% H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>中でも、優れたリン酸耐性と酸素還元反応活性を維持する。注目すべきことに、HT-PEMFCにおいて、0.3 mg<sub>Pt</sub> cm<sup>-2</sup>の低いPt担持量で、H<sub>2</sub>-空気およびH<sub>2</sub>-O<sub>2</sub>中でそれぞれ613および908 mW cm<sup>-2</sup>の優れたピーク出力密度を達成する。0.1 mg<sub>Pt</sub> cm<sup>-2</sup>という超低Pt担持量でも、H<sub>2</sub>-空気セルにおいて355 mW cm<sup>-2</sup>のピーク出力密度と、3.53 kW g<sub>Pt</sub><sup>-1</sup>という卓越したPt比出力密度を達成し、最小限の電圧減衰で100時間以上の安定動作を維持する。本研究は、低Pt担持量の高性能HT-PEMFC向けのリン酸耐性触媒を開発するための汎用的な戦略を提供する。
AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。
📄 Abstract（原文）
High-temperature proton exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs) have garnered considerable interest owing to their superior tolerance toward CO impurities and the inherent advantages of facile water management. However, severe phosphoric acid poisoning of Pt catalysts necessitates markedly higher Pt loadings than in low-temperature proton exchange membrane fuel cells, thereby constraining their large-scale deployment. Herein, we present an additive-assisted impregnation approach to synthesize ultrafine PtCo alloy nanoparticles encapsulated by defect-rich S-doped carbon encapsulation layers (CELs). The use of short-chain sodium thioglycolate enables the formation of ultrafine PtCo nanoparticles (~2.82 nm) coated with ~0.4 nm-thick CELs, effectively suppressing metal sintering during high-temperature annealing and strengthening metal-support interactions. The S-doped CELs provide dual protection against phosphoric acid poisoning by physically isolating the PtCo alloys and introducing negatively charged carbon defects to electrostatically repel phosphate anions. Consequently, the optimized sodium thioglycolate-PtCo alloy electrocatalyst delivers a high mass activity of 0.695 A mg<sub>Pt</sub><sup>-1</sup> at 0.85 V along with enhanced durability in 0.1 M H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> at 80 °C. It further maintains excellent phosphate tolerance and oxygen reduction reaction activity, even in concentrated 85 wt% H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> at 120 °C. Remarkably, in HT-PEMFCs, it achieves superior peak power densities of 613 and 908 mW cm<sup>-2</sup> in H<sub>2</sub>-air and H<sub>2</sub>-O<sub>2</sub>, respectively, with a low Pt loading of 0.3 mg<sub>Pt</sub> cm<sup>-2</sup>. Even at an ultra-low Pt loading of 0.1 mg<sub>Pt</sub> cm<sup>-2</sup>, it delivers a peak power density of 355 mW cm<sup>-2</sup> and an exceptional Pt-specific power density of 3.53 kW g<sub>Pt</sub><sup>-1</sup> in H<sub>2</sub>-air cell, while sustaining stable operation over 100 h with minimal voltage decay. This study offers a versatile strategy to develop phosphate-resistant catalysts for high-performance HT-PEMFCs with low-Pt-loading.
🔗 Provenance — このレコードを発見したソース
- openalex https://doi.org/10.20517/energymater.2025.130first seen 2026-06-07 04:58:02 · last seen 2026-06-17 07:12:08
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gxceed は公開メタデータに基づく研究支援データセットです。要約・翻訳・解説は AI 支援で生成されています。 最終的な解釈・検証は利用者が原典資料に基づいて行うことを前提とします。