科学技術振興機構（JST）課題達成型基礎研究の一環として、スタンフォード大学 SLAC国立加速器研究所スタッフサイエンティストの小笠原寛人氏らは、燃料電池の性能向上には、触媒として使用している白金近くの水分子が重要であることを明らかにした。

自動車、携帯機器の駆動電源として期待されている固体高分子型燃料電池では、化学反応を促す触媒として白金が使用されている。特に、正極で起こる酸素還元反応では触媒活性が低く大量の白金が不可欠であるため、燃料電池の起電力の向上と白金使用量低減の妨げとなっていた。しかし、正極での酸化還元反応の詳細な分子機構は不明な点が多く、改良の方法はよく分かっていなかった。

研究グループは、軽い元素の解析に適した軟エックス線高輝度放射光を用いた光電子分光実験装置によって、酸化還元反応中の正極をその場で観測し、反応中間体の挙動を調べた。その結果、酸素還元反応中の正極には水分子と結合した水酸基（水和水酸基）と水分子と結合していない水酸基（非水和水酸基）が共存していることを明らかにした。また、電子状態の計算により、非水和水酸基経由の高活性な酸素還元反応経路と水和水酸基経由の低活性な酸素還元反応経路の2つの反応があることを発見した。

今後、この知見をもとに白金触媒近くの水分量による酸素還元反応経路を分子レベルで最適化することで、燃料電池の性能向上が見込まれ、貴金属である白金の使用量低減、固体高分子形燃料電池の低コスト化が期待される。

詳しくはこちら。