2018 Fiscal Year Research-status Report
ナノダイヤモンドの粒界を反応場に用いた二酸化炭素の電気化学還元
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18K14192
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
楢木野 宏 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (70781334)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ナノダイヤモンド薄膜 / 粒界 / 二酸化炭素 / 電気化学還元 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度の研究では，マイクロ波を用いたプラズマ化学気相成長法によりn型ナノダイヤモンド薄膜の作製条件の確立に注力した．原料には炭化水素を主成分とした液体原料を使用した．炭素源としてアセトン，リン源として五酸化二リン(P2O5)を用いることによってリンドープナノダイヤモンド薄膜の作製を行った．
ラマン分光測定より，作製した薄膜にはダイヤモンド結晶が含まれることが明らかとなった．ダイヤモンド結晶の粒径は数百ナノメートルであり，粒界にはアモルファスカーボンが存在していた．二次イオン質量分析(SIMS)より，作製したナノダイヤモンド薄膜中にリン原子が導入されていることが確認された．また，リンドープナノダイヤモンド薄膜は水溶液中において電極としての使用が可能であり，従来のホウ素ドープダイヤモンド電極と比較して，水の電解による水素発生反応に対して1 V以上高い過電圧を示した．これは，水素発生反応の触媒となるホウ素原子を含まないためであると推測される．
電解質溶液中に二酸化炭素をバブリングし，リンドープナノダイヤモンド電極の溶存二酸化炭素の還元性能を調査した．二酸化炭素が溶解した水溶液中で電気化学測定を行った結果，二酸化炭素を含まない状態と比較して還元電流が増加することが確認された．これは，リンドープナノダイヤモンド電極から溶存二酸化炭素への電子の移動，すなわち，二酸化炭素の還元反応が生じたことを示している．
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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
液体原料中にリン原子を導入することで，リンドープナノダイヤモンド薄膜の実現に成功した．また，ドーパントにリン原子を用いることで，従来のホウ素ドープダイヤモンド電極よりも広い電位窓を持つ電極材料の創製に成功した．
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| Strategy for Future Research Activity |
ガスクロマトグラフィーや高速液体クロマトグラフィーを用いて，水溶液中に溶解した二酸化炭素の還元生成物の同定・定量を行う予定である．また，リンドープナノダイヤモンド電極の膜質(リン濃度やアモルファスカーボンの比率等)と還元生成物の相関性を調査する予定である．
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[Journal Article] Effects of Air Exposure on Hard and Soft X-ray Photoemission Spectra of Ultrananocrystalline Diamond/Amorphous Carbon Composite Films2018
Author(s)
Mohamed Egiza, Hiroshi Naragino, Aki Tominaga, Kenji Hanada, Kazutaka Kamitani, Takeharu Sugiyama, Eiji Ikenaga, Koki Murasawa, Hidenobu Gonda, Masatoshi Sakurai, and Tsuyoshi Yoshitake
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Journal Title
Coatings
Volume: 8
Pages: 359
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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