2014 Fiscal Year Annual Research Report
曲面構造がπ共役系炭素触媒に及ぼす影響：ドーパント効果の解明
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24656422
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| Research Institution | Japan Atomic Energy Agency |
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Principal Investigator |
下山 巌 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究副主幹 (10425572)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉越 章隆 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (00283490)
寺岡 有殿 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (10343922)
関口 哲弘 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 量子ビーム応用研究センター, 研究主幹 (20373235)
馬場 祐治 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 福島研究開発部門 福島事業管理部, 嘱託 (90360403)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ヘテロ原子ドーピング / 炭素触媒 / NEXAFS / 酸素還元反応 / XPS / チオフェン / 吸着 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H26年度において実施した研究から以下の成果を挙げた。
１）Pドープグラファイトの触媒活性
H25年度まで三塩化リンを原料ガスとしたPドーピングにより吸収端近傍X線吸収微細構造（NEXAFS）によるドーパントサイトの局所構造分析とサイクリックボルタンメトリーによる触媒活性の有無について調べた。その際に微量の塩素の有無が触媒活性に与える影響が問題になった。そこでトリメチルホスフィンによるPドーピングを行い、この場合にも室温ドーピングと高温ドーピング（700～800℃）では触媒活性に差が生じることを確かめた。また、平面構造を持つ2、3，4配位のPサイトに対してDV-Xα分子軌道法による電子状態計算を行い、NEXAFSスペクトルとの比較から高温ドーピングで形成されるPサイトの大多数が3配位の構造を持つことを明らかにした。
２）P及びNドープグラファイトの脱硫特性
ヘテロ原子ドーピングした炭素材料の吸着特性を調べるため、P及びNドープグラファイトに対してチオフェン吸着量を調べた。飽和条件でのチオフェン吸着量をX線光電子分光法で調べた結果、PがNよりも10～20倍程度大きいチオフェン吸着能を持つことを明らかにした。また、室温ドーピングで作製したPドープ試料は高温ドーピングで作製したPドープ試料よりも10倍程度大きいチオフェン吸着能を持つこともわかった。これらの実験結果を解釈するため、半経験的分子軌道法を用いた解析を行い、チオフェン分子がPサイトにおいて安定な吸着構造をとるのに対してNサイトでは不安定となることを明らかにした。さらに5員環を含む曲面構造をとるPサイトがグラファイト的な平面構造のPサイトよりも大きいチオフェン吸着エネルギーをとることも明らかにした。これらの結果は実験結果と良い一致を示し、ドーパントの種類と曲面構造の形成が炭素材料の吸着脱硫特性に重要であることを明らかにした。
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