窒素およびフッ素をドープしたバイメタルカーバイドは、活性で安定な酸素還元反応電極触媒である

Nitrogen- and fluorine-doped bimetallic carbide as active and stable oxygen reduction reaction electrocatalyst.

抄録

窒素およびフッ素をドープしたバイメタルカーバイドとグラファイトマトリックスとの複合体（CCrMo/NGおよびCCrMo/FGと略す）を1300℃で炭化して合成した。CCrMo/NGは、初期半波電位(E)が0.873Vであり、アルカリ媒体中での酸素還元反応(ORR)において60,000CVサイクルでEが3mV低下するだけであった。CCrMo/NGをカソードに用いたH/O型燃料電池試験システムは、6万サイクル以内に初期のピーク出力密度（1.08Wcm）の95.9%を維持した。CCrMo/FGはCCrMo/NGよりも高いORR活性を示した。NまたはFドーパントによる正負の電荷中心が、高活性の決定的な理由である。Fとバイメタルカーバイドは、Nとモノメタルカーバイドよりもそれぞれ電子移動に有利である。これらの優れた安定性は、電子移動による原子間の相互作用と、グラファイトおよびバイメタルカーバイドの本質的な化学的不活性に由来する。

Nitrogen- and fluorine-doped bimetallic carbide composites with graphite matrix (abbreviated as CCrMo/NG and CCrMo/FG) are synthesized through carbonization at 1300 °C. The CCrMo/NG displays an initial half-wave potential (E) of 0.873 V and suffers merely 3 mV decrease in E within 60,000 CV cycles for oxygen reduction reaction (ORR) in alkaline media. A H/O fuel cell testing system using the CCrMo/NG as cathode maintains 95.9% of the initial peak power density (1.08 W cm) within 60,000 cycles. The CCrMo/FG shows higher ORR activity than the CCrMo/NG. The positive and negative charge centers caused by the N or F dopants are the critical reasons to their high activities. While F and bimetallic carbide more favor electron transfer respectively than the N and monometallic carbide. Their excellent stabilities originate from interactions among atoms due to electron transfer and the intrinsic chemical inertness of graphite and bimetallic carbides.