量子科学技術研究開発機構の木全哲也協力研究員と山本春也上席研究員、八巻徹也次長らは、炭素材料にイオンビームで欠陥を導入し燃料電池触媒の性能を２倍に向上させた。炭素材料に空孔ができ、その上に担持される白金微粒子の電子状態が変化したと考えられる。白金微粒子が酸素を還元して水分子にする反応の効率が倍増した。高価な白金の使用量削減につながる。

アルゴンのイオンビームをガラス状炭素に照射して炭素原子が並んだ平面構造に穴を開ける。１平方センチメートル当たり１００兆個から１京個のアルゴンイオンを撃ち込んで欠陥を導入した。すると１京個照射の試料は未照射の試料に比べて２・２倍に触媒性能が向上した。

白金と酸素の結合が弱くなり、白金微粒子表面で酸素が還元された後に白金から離れやすくなったと考えられる。炭素の欠陥が白金の電子状態に作用して還元反応を促進する。このメカニズムは還元反応の活性化に加えて白金触媒の劣化を抑える効果も示唆している。今後、耐久性を検証していく。

固体高分子形燃料電池では水素を酸化して水素イオンを作る反応に比べ、酸素と水素イオンを反応させ酸素を還元する反応が遅く白金使用量を増やさざるを得なかった。今後、研究を進めて触媒性能の１０倍向上を目指す。