2014 Fiscal Year Research-status Report
水素発生触媒としての炭素材料における活性発現機構の解明
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25410247
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| Research Institution | Osaka Municipal Technical Research Institute |
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Principal Investigator |
丸山 純 地方独立行政法人大阪市立工業研究所, 環境技術研究部, 研究主任 (80416370)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 炭素材料 / コバルトフタロシアニン / 熱分解 / 走査型トンネル顕微鏡 / 水電解 / 水素発生 / 触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
コバルトフタロシアニン(CoPc)を熱分解させて得られるナノ粒子状の炭素材料における、CoPcをはるかに上回る水素発生触媒活性の発現機構を解明するため、原子レベルでCoPcの熱分解挙動を解明し、熱分解進行度と水素発生反応機構の関係を調べることを計画している。熱分解進行度が異なり、かつ、単分子層レベルで薄いCoPc由来炭素薄膜を高配向性熱分解黒鉛(HOPG)基底面上に作製し、走査型トンネル顕微鏡(STM)観察を行うことにより、原子レベルでの熱分解挙動を明らかにすることを試みてきた。昨年度は単分子層レベルにまで薄膜化が達成できなかったため、本年度はさらに作製条件の検討を行った。CoPc導入量をこれまでより大きく減らして熱処理を行った。STM観察を行ったところ、HOPG上では薄膜は島状に生成し、一方、HOPG基板がむき出しの場所も共存した。また、島状部分では、階段状の多層構造となっていることがわかった。この構造を有する炭素薄膜におけるCo由来の水素発生触媒能を確認した。さらにCoPc導入量を減らしたところ、島状構造から、線上構造へと変化し、単分子層レベルの薄膜とはならないことが分かった。この島状構造は、炭素薄膜生成時の熱処理温度を高め、熱分解を進めても、あまり変化がないことがわかった。X線光電子分光分析測定により、これらの炭素薄膜のCoPc由来成分を確認した。
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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
STMによる観察技術が向上し、HOPG上に作製したCoPc由来炭素薄膜の構造を明らかにすることができた。目標とした単分子層レベルで薄い炭素薄膜の生成は達成できなかったが、全く新しい構造を見出し、さらに、その構造でのCo由来の水素発生触媒能を確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
金属フタロシアニンは、中心金属、結晶の生成法によって異なる結晶構造を有することが知られている。平成27年度ではCoPc以外の金属フタロシアニンを用いて、単分子層レベルで薄い炭素薄膜をHOPG上に作製することを試み、STM観察、XPSやX線吸収分光法による分析、電気化学測定により、原子レベルでの熱分解挙動、ならびに触媒活性発現機構を解明する。特に、CoPcと鉄フタロシアニン(FePc)をともに出発原料とすると、鉄とコバルトが共存する相乗効果により酸素還元能が向上することが明らかとなっており、また、FePc由来炭素薄膜においては、オキソバナジウムイオン還元反応に対する触媒能があることが新たに明らかとなっていることから、FePcから着手したいと考えている。
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| Causes of Carryover |
次年度における種々の金属フタロシアニン由来熱分解単層膜作製のための試薬の購入に備えるため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初計画していた消耗品費に加算して使用する。
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