2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study on synthesis of nitrogen-containing carbon alloy utilizing ion implantation technique
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15K04736
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
出崎 亮 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (10370355)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 窒素含有カーボンアロイ / イオン注入 / 有機―無機転換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
分子構造中に窒素を含まないカーボン前駆体高分子の一つであるフェノール樹脂膜に対し、真空中常温において50 keV N+を1e+15 ions/cm2照射し、窒素雰囲気下800℃で炭化して得られたカーボン材料は、O2 + 4H+ + 4e- → H2Oの反応において約0.8 V vs. RHEの酸素還元電位を以て触媒活性を示した。この値は、非注入試料の場合の酸素還元電位、約0.5 V vs. RHEよりも高く、触媒活性が改善されることが明らかになった。この原因を解明するため、炭化処理後の試料について、XPS分析、Raman分光分析、TEM観察を行なった結果、Nイオンを注入した試料では、炭化処理後も触媒活性点とされるピリジン型の構造でC-N結合を維持していることに加え、グラファイト相の形成・成長が促進されていることが明らかになった。これらの結果から、Nイオンを注入したフェノール樹脂は炭化処理後、ピリジン型N含有グラファイト相へ転換されることが明らかになり、このことが酸素還元活性の改善に繋がったと考えられる。以上のように、本研究では、窒素を含まないカーボン前駆体高分子にNイオンを注入・炭素化することによって、得られるカーボン材料に触媒性能を付与することが可能であることを示した。
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