2004 Fiscal Year Annual Research Report
超高容量キャパシタ用ナノポーラスヘテロアトムカーボン電極の開発
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16750168
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
白石 壮志 群馬大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40292627)
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| Keywords | ヘテロアトム / ドーピング / 炭素細孔体 / 界面容量 / 空間電荷層容量 / レドックス容量 / 脱フッ素化 / パーフルオロカーボン |
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| Research Abstract |
窒素やホウ素などのヘテロアトムを導入した炭素細孔体は、炭素界面の電子物性の変化やレドックス反応により容量の向上が期待できる。窒素を多孔質炭素にドープするには、あらかじめ窒素が組み込まれた炭素前駆体を用いて、炭素化・賦活(活性化)するのが一般的である。しかし、この手法では、賦活過程において窒素が選択的にガス化されてしまうため、高濃度ドーピングが難しいことが欠点である。そこで、本研究では、含窒素パーフルオロカーボンを脱フッ素化することにより、賦活することなく窒素を高濃度に組み込んだ炭素細孔体を調製し、その界面容量特性の評価を行った。
含窒素炭素細孔体の調製は、ポリテトラフルオロエチレン系炭素細孔体の調製法に準じた。含窒素パーフルオロカーボンとしてC_5NF_5(ペンタフルオロピリジン)、C_3N_3F_3(シアヌリックフルオライド)およびC_7NF_5(ペンタフルオロベンゾニトリル)を用いた。これらの含窒素パーフルオロカーボンをナトリウム/カリウムナフタレン錯体のジメトキシエタン溶液により脱フッ素化した。得られた脱フッ素化物を、800℃の熱処理(N_2中)・希塩酸処理し、さらに800℃で再度熱処理(N_2中)することで含窒素炭素細孔体を調製した。
窒素吸脱着測定の結果、全ての試料は約1000m^2g^<-1>の比表面積を有する細孔体であった。XPS分析の結果、導入された窒素の化学状態は、四級もしくはピロール、およびピリジン型であった。全ての試料のアニオン吸着とカチオン吸着の面積比容量(C_<SA>(anion), C_G(cation))について比較を行った。その結果、含窒素多孔質炭素のC_<SA>(anion)(約10μFcm^<-2>)は一般的な活性炭(約7μFcm^<-2>)に比べて大きい値を示した。この高い面積比容量の原因については、空間電荷層容量の向上・レッドクス容量(擬似容量)の寄与によるものと思われる。また他に、細孔側壁の濡れ性の向上の寄与の可能性も挙げられ、さらにはこれらの三つの因子の相乗作用も考えられる。
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