2016 Fiscal Year Research-status Report
高エネルギーイオン飛跡を微小電極に利用した金属ナノドットアレイの創製
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15K06677
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
八巻 徹也 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, 上席研究員(定常) (10354937)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | イオンビーム / 潜在飛跡 / 電子励起効果 / ナノドットアレイ / 電極触媒 / 固体高分子形燃料電池 (PEFC) |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)などの電気絶縁性炭素材料において、イオン飛跡に沿って形成される電気伝導性の円柱状領域をごく微小な電極として利用し、電解析出法により金属ナノドットアレイを創製する。このうち当該年度は、本研究費による部品購入で準備した小型照射セルを利用して、電気伝導性の基板に堆積したDLC薄膜に重イオン照射を行い、ナノドットアレイの作製条件の検討を進めた。具体的には、以下のとおりである。
まず、プラズマCVD法によって含有水素の少ないDLC薄膜（100～150 nm厚）を堆積し、それに6 MeV C60+ビーム（フルエンス：5.0×E9～2.0×E10 ions/cm2）、あるいは1.2 GeV 197Auビーム（同：3.0×E9 ions/cm2）を照射した。DLC薄膜の基板としてグラッシーカーボン(GC)を用い、電気的導通を十分に取ったため、イオン照射DLC薄膜を作用電極としてサイクリックボルタモグラム（CV曲線）を測定できた。したがって、電位窓とバックグランド電流から金属の電解析出に必要な微小電極としての特性を見出すに至った。
次に、6 MeV C60+ビームを照射したDLC薄膜上に、金属ナノドットアレイを電解析出する条件を検討した。実験では、析出金属であるPtの模擬としてCuに着目し、その塩である硫酸銅(CuSO4)を含む水溶液を用いた。電気伝導性炭素、すなわちグラファイトの基板における析出条件（既報）をもとに、組成を 0.05 M CuSO4 ＋ 0.1 M H2SO4 に制御した水溶液中でCV曲線を測定し、その結果から電解析出の電位を－0.3 V (対Ag/AgCl)、時間を10秒と決定した。走査型電子顕微鏡による表面観察では、フルエンスとほぼ同じ面密度で析出する微粒子が確認され、金属ナノドットアレイの作製条件を確立できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度までの順調な研究進展、すなわちGC基板へのDLC薄膜の堆積と種々の条件下における重イオン照射が可能になったおかげで、ナノドットアレイ作製条件の検討を効率的に進めることができた。研究代表者の所属機関における6 MeV C60+ビームの利用により、電解析出に必要な微小電極を形成でき、電極上への金属ナノドットアレイの作製条件を確立することにも成功した。したがって、本研究はおおむね順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
金属ナノドットアレイの触媒性能を示唆する電気化学特性（特に酸化還元の開始電位、反応過電圧や有効活性面積、電荷移動速度）を評価し、形態と結晶性との関係を明らかにする。その後、作製条件へのフィードバックをかけることで、イオン飛跡の構造変化による制御や高配向・単結晶化の可能性を検討する。また、シングルイオン照射技術による整列化やPEFCモデル電極触媒としての利用など、この新規作製法の応用性を広く探索する。
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| Causes of Carryover |
金属ナノドットアレイの作製と構造・触媒活性評価に必要な試薬、導電性AFM チップ、ガラス器具などの消耗品費について、前年度購入分の一部を継続的に使用したため、消耗品費が低く抑えられた。また、高価なPtでなく、比較的安価なCuを実験における模擬金属として使用したことも理由である。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度と同様に、金属ナノドットアレイの作製と構造・触媒活性評価のための試薬、導電性AFM チップ、ガラス器具などの消耗品費である。引き続き、比較的安価なCuなどの模擬金属の使用により実験を行い、最適条件を見出した上で高価なPtの電解析出を検討する。また、研究成果の外部への発信を積極的に行う予定であり、そのための費用として国内旅費、外国旅費及び学会登録料を計上する計画である。
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Research Products
(10 results)
