燃料電池向けPt-Pb触媒で50000回の長寿命化

燃料電池向けPt-Pb触媒で50000回の長寿命化

電気自動車に使われる燃料電池。
燃料電池は、酸化還元反応を使っています。その時、触媒を使うのが特長です。
その触媒が高価で、寿命が長くなかったことが問題でした。
今回、BNLなどのグループが白金Ptと鉛Pbを使った触媒を開発しました。

引用。
ブルックヘブン国立研究所(BNL)、北京大学、東呉大学など米国・中国・台湾の共同研究チームは、耐久性に優れた燃料電池用の白金-鉛ナノ触媒を開発した。5万回の電圧サイクル後もほとんど劣化しないという。商用化されている白金-炭素触媒と比べて活性も高く、燃料電池自動車などへの応用が期待される。研究論文は科学誌「Science」に掲載された。

白金は触媒でよく登場する金属です。
触媒とカーボンが燃料電池で使われているようです。
また、自動車の排ガスの触媒には白金とパラジウムが使われます。
その白金パラジウムには鉛が被毒作用があって、触媒の能力を下げると言われていました。
そのためにガソリンが無鉛化されたんじゃなかったかな。

鉛は触媒にとって悪者のイメージがついていました。
その鉛を白金と組み合わせた触媒が燃料電池で長い寿命を持つという今回のニュースは驚きでした。

しかし、よく考えてみると、鉛系酸化物強誘電体薄膜と白金電極は相性が異常に悪かった。
絶縁体酸化物物の一部が還元されて電気を流してしまうようなのだ。
白金によって鉛が還元されるというのではなくて
白金と鉛の組み合わせで還元が進みやすくなると考えれば、
Pt-Pb触媒が酸化還元の燃料電池の触媒になることもある程度納得できる。

それ以外にも鉛は柔らかい金属だから、
白金と微細な構造を取るようなときの歪にうまく対応できるのかなあ?
記事を読むと、白金の結晶の向きとその結晶面の歪や応力によって触媒の力が強まるようなのだ。
規則的に並べていくときの応力がかかって、しかもひび割れたりしない金属として鉛がいいのかもしれない。

鉛とビスマスは似ているが、触媒能では鉛の方が高そうだ。
ビスマス酸化物と白金電極では比較的還元は起こりにくかったから。
鉛は、できたら使いたくないダーティーな金属だが、能力が高いなら許可されるかもね。それでも同じような性能が出るなら別の金属で置き換えたいものです。

化学と植物の新技術セルロースナノファイバー

化学と植物の関係で新しい技術があります。それがセルロースナノファイバーです。炭素繊維は、一般に鉄よりも軽く鉄よりも強い機械的な性質を持つため、飛行機の機体や自動車車体などへの応用が進んでいます。しかし、一般の炭素繊維は石油由来の炭素を使った合成で作られているため、環境負荷が掛かります。それに対してセルロースナノファイバーは木の中のセルオースをナノサイズに分解して作るファイバーです。環境にやさしく、またセルロースナノファイバー独自の性能も現れています。そんなセルロースナノファイバーのご紹介をします。

1) 炭素繊維
2) セルロースナノファイバー
3) セルロースナノファイバーの性質
4) セルロースナノファイバーの製造法
5) セルロースナノファイバーの応用

1) 炭素繊維
炭素繊維は、鉄よりのずっと軽いのが特徴です。鉄の7分の1、アルミの4分の1の軽さです。炭素繊維は石油系の合成繊維を蒸し焼きにして炭素の繊維にすることで作られます。もともとの合成繊維に窒素が含まれるので、炭素繊維の一部に窒素が含まれるものもあります。高温で焼成すれば、窒素が抜けて純粋な炭素繊維ができます。炭素100%の方が、弾性率が高い繊維になります。炭素繊維は硬さや軽さは簡単に条件をクリアしても、飛行機の翼のようにしなる必要がある部分に使うには弾性率が重要になります。ポキっと割れてしまうイメージの炭素繊維ですが、高弾性率も達成できています。

カーボンナノファイバーは、カーボンナノチューブを含む、合成された炭素繊維でナノチューブの作り方は合成繊維の蒸し焼きともセルロースから作る方法とも違います。

2) セルロースナノファイバー
セルロースナノファイバーとは、木の中のセルロースを解きほぐしてナノファイバーにしたものです。セルロースとは植物を形作る骨格分子で、分子式 (C6 H10 O5)n で表される炭水化物(多糖類)です。糖の一種ですが、人間は分解できないので、消化されないで排出されるいわゆる植物繊維です。その植物繊維は、非常に細かいセルロースの繊維が絡まった構造をしています。従来のほぐし方では、紙に使われるようなほぐし方で、炭素の繊維をナノサイズまでには細かくほぐせていませんでした。

3) セルロースナノファイバーの性質
セルロースナノファイバーは鉄よりも軽く鉄よりも強度が5倍になります。紙と同じ材料で同じような繊維ですが、繊維の細かさが違うことでこの強度が出ます。紙には太い繊維が疎らに絡まっている状態なので、弱いのですがセルロースナノファイバーはナノサイズにまで細かい繊維がより密になって絡まっているために大きな強度が出せるのです。また、紙と同じようにセルロースナノファイバーをシート状にして使うこともできます。さらに透明な紙にすることも可能です。

4) セルロースナノファイバーの製造法
セルロースナノファイバーの製造には、繊維を分解する触媒が必要です。それがTEMPOと呼ばれる有機化合物の触媒です。東京大学の磯貝明先生がこの触媒を用いて、セルロースをセルロースナノファイバーにすることに成功しました。ニトロキシルラジカル (R2N-O•) の一種、2,2,6,6-テトラメチルピペリジン 1-オキシル (2,2,6,6-tetramethylpiperidine 1-oxyl) の略称です。簡単に言うと窒素と炭素が環を作っている有機化合物です。この触媒は水に溶けて常温ではたらく環境にやさしい触媒です。

5) セルロースナノファイバーの応用
セルロースナノファイバーは、価格で他の炭素繊維より安いという点もメリットで、炭素繊維と同じような応用もあります。しかし、紙パルプの延長線上にある技術ですから、シート状にした新しい紙として金属などを分散させて殺菌力を持つ紙、薬を分散させて診断力のある紙、透明な電気配線板に使ったり、軽いタブレットスマホのボディーに使う、ガスを通さないような紙というさまざまな応用があります。王子製紙をはじめ製紙メーカーが技術を競っている状態です。

まとめ
軽くて強い炭素繊維。その新しい合成法がセルロースナノファイバーです。木や植物のセルロースを化学の力で究極まで分解して解きほぐした新世代の紙の技術です。木を使うという環境にやさしい発想で生まれています。応用面も医療、機械、電気と幅広い展開があります。これから製紙メーカーの技術開発が進んでいくと身の回りにどんどん登場すると思います。

脇の汗をおさえたい女性に向けて需要が高い制汗剤。その有効成分4種類を概説

制汗剤は、脇の汗をおさえたい女性に向けて需要が大きくなっています。脇の汗はの匂いがキツイ人には夏は苦しい季節でしょう。汗取りパットなどを活用されている方も多いと思います。衣服に付かない程度の薬品で汗を抑え、汗のにおいを抑える制汗剤はこれからも日本では人気が続くと思います。
制汗剤は、スプレー、液体、クリーム、固形があります。固形の方が効き目が強いようですが、衣服に付く、残るという弊害もあります。先日は、ライオンから固形の制汗剤の特許をいかした技術が発表されました。まだ、これからも制汗剤の技術は伸びていくでしょう。

その有効成分を化学の視点から見ます。およそ4種類あります。制汗剤を選ぶ際にどれがいか、成分を知ることでヒントになると思います。化学の有効成分の違いから4種類をそれぞれご紹介します。
1) ミョウバン
2) 銀パウダー
3) 塩化ベンザルコニウム
4) クロルヒドロキシアルミニウム
です。

ライオン、ユニリーバ、ロート、花王、資生堂など医薬品メーカーがこぞって製品を出しています。その有効成分は上記4種類で分類できます。

1) ミョウバン
意外にもミョウバンはアルミとカリウムの結晶の一つで古くから食品添加物としても使われてきました。茄子の発色を良くするために漬物に入れることが多いです。そうした食品添加物としての安全性もあって制汗剤には健康的で安心なイメージを演出できます。アルミを含む結晶で水に溶けると酸性になります。酸アルカリの中和反応によって汗の匂いのアンモニアを中和できます。また雑菌の繁殖も抑えられます。さらに汗そのものを出にくくする作用・収れん効果があると言われます。いわゆる焼きミョウバンをお湯や水に溶かして脇に塗るだけでいいのです。効果よりも安全性や手作りの安価な制汗を重視したいひとにはぴったりです。

2)銀パウダー
銀には殺菌作用があります。銅にも殺菌作用があり、三角コーナーなどを銅で作るとぬめりがないのです。銅は強い殺菌力がある反面、毒々しいイメージもあります。そこで銀のパウダーを使った殺菌型の制汗剤です。銀粒子が体内に取り込まれる不安などを持つ方もいるとは思いますが、今のところそういう悪い結果の出る報告はないようです。銀という自然の鉱石のパワーを使っているので、薬剤に抵抗がある方でも比較的安心だと思います。

3)塩化ベンザルコニウム
食毒液にも使われる強い殺菌作用がある塩素系の薬剤です。病院での殺菌消毒などにも使われので、強力であることは間違いです。しかし、有機系薬剤で強すぎる殺菌作用をもつので肌に直接触れる脇につかうことに抵抗がある方もいます。陽イオン界面活性剤で逆性セッケンともいわれます。一般的なセッケンがナトリウムやカリウムといった陰イオン(ミネラル)を含むのに対して、陽イオン(窒素とベンゼン環を含む陽イオン分子群)を含んでいます。セッケンの仲間で消毒しているイメージでしょう。匂いの元、ジフテロイド菌を殺す殺菌作用はほかの皮膚を守るブドウ菌も殺してしまいます。使いすぎに注意が要ります。

4)クロルヒドロキシアルミニウム

クロルヒドロキシアルミニウムはミョウバンと同じくアルミニウムの化合物です。塩化アルミニウムの仲間でもあります。塩化アルミニウムは、汗の成分と結合して結晶化することで汗の匂いを抑える作用があります。また、汗の出る穴を小さくする働きがあるようです。塩化アルミニウムやクロルヒドロキシアルミニウムは古くから制汗剤として使われています。かぶれてしまう方もいます。濃度を下げて使うか、別の種類の制汗剤に変えるのをオススメします。

まとめ
アルミニウムは、金属の形で身の回りにあふれたのは最近ですが、結晶や化合物の形で昔から馴染んでいます。そんなアルミの力を中心に制汗剤を見てきました。アルミ以外に銀を使っていたり、有機系の逆性セッケンを使ったものもあります。それぞれ、特徴や肌との相性があります。パッケージやブランドだけでなく、成分にも気を付けて制汗剤を見てくださいね。