2018 Fiscal Year Research-status Report
原子レベルで高分散規則配列した金属を含有する炭素系電極触媒の活性・汎用性向上
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18K04870
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| Research Institution | Osaka Research Institute of Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
丸山 純 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究主任 (80416370)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高尾 優子 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究室長 (90416298)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | フタロシアニン / 熱重量分析 / 炭素化 / 薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ごく最近、研究代表者らにより、高分散規則配列したNiを含有する炭素系電極触媒が、アルキニル基が結合したニッケルポルフィリンの炭素化によって合成された。炭素化は一般的に複雑な熱分解を経るため、炭素化物の構造は乱雑となるが、アルキニル基による炭素骨格形成と、ポルフィリン環中心のNi-N4ブロックの維持によって、構造制御が初めて可能となった。しかし、Ni-N4ブロック分解防止のため炭素化温度を十分上げられず、導電性が低くなり電極触媒として低活性であった。また、現時点で中心金属はNiのみで、CO2還元能だけしかわかっていない。本研究では、アルキニル基が結合した金属フタロシアニンを合成し、その堅牢性と中心金属種の選択自由度を活かして、十分な高温での炭素化による導電性向上、高活性化、さらに、触媒の汎用性向上を目指している。
アルキニル基を置換基として有するフタロシアニン(Pc)の報告例は少ないものの、中心金属がZnで、種々のアルキニル基により置換されたPc (Zinc 2,3,9,10,16,17,23,24-Octaalkynylphthalocyanines, ZnOAPc)が報告されている。平成30年度においては、ヘキシニル基に置換されたOAPcを合成し、精製と同定を実施した。熱重量分析により炭素化過程における重量変化を調べた結果、800 ℃において規則性炭素化物構造体が形成された際に相当する重量が残存していることがわかった。また、塊状の試料は熱処理により自発的に薄膜を形成することが新たに明らかになった。
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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
当初計画したZnOAPcではないものの、OAPcにおいて予想外の新規な炭素化挙動を見出した。薄膜Ｘ線回折の測定条件も確定しつつあり、おおむね順調に進展していると思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
NiOAPcの合成を試み、炭素系触媒を合成し、構造解析ならびにCO2還元反応に対する触媒能を調べる。平成30年度に見いだされた自発的な薄膜化現象を活用し、薄膜状態のままでのX線回折測定により構造決定を行い、また、放射光を用いた広域X線吸収微細構造測定を行い、Ni周囲の局所構造を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
平成30年度に得られたアルキニル基置換フタロシアニンの熱処理によって得られた炭化物は、自発的に薄膜化する予想外の結果となり、当研究所に既設の薄膜結晶構造解析XRDシステムで対応可能であることが判明した。したがって、結晶構造解析のために当初必要と予想され、追加オプションとして導入し使用する計画であった、キャピラリー回転アタッチメントならびにＸ線解析ソフトウエアは不要となり、次年度使用額が発生した。このような自発的な薄膜化と、得られる炭化物は、これまでにない構造を有していることが予想され、幅広い情報収集が必要となることから、次年度において、その経費として使用する計画である。
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