メゾスコピック系窒化炭素からなる水素ストレージ素材の大量合成

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13555187
• 研究機関: 長岡技術科学大学
• 研究代表者: 斎藤 秀俊 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (80250984)
• 研究分担者: 大塩 茂夫 長岡技術科学大学, 工学部, 教務職員 (90160473) ; 伊藤 治彦 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (70201928) ; 八井 浄 長岡技術科学大学, 極限密度エネルギー工学研究センター, 教授 (80029454) ; 石倉 威文 東京ガス, フロンティアテクノロジー研究所, 研究員 ; 鈴木 常生 長岡技術科学大学, 極限密度エネルギー工学研究センター, 助手 (00313560)
• キーワード: 水素吸蔵 / 窒化炭素 / CVD / アモルファス / メゾスコピック / 赤外吸収分光法 / ラマン散乱分光法 / X線回折法

研究概要

水素吸蔵合金は水素を標準状態の10^<-3>の体積で貯蔵することができ高い安全性をもつことから、自動車用エネルギーストレージ材料として考えられている。自動車向けとしての問題点は、重量あたりの貯蔵量が小さいことである。例えば、希土類系合金では、1wt.%程度の水素貯蔵量しかない。米国エネルギー省では、吸蔵量の目標値が6.5wt.%に設定されている。炭素系材料はその目標値をクリアするにふさわしい材料である。今年度は窒化炭素構造制御技術を基に、1)メゾスコピックレベルで制御された高効率水素吸蔵窒化炭素の構造最適化、2)水素ストレージ実証試験を中規模スケールで行ない、窒化炭素高効率水素吸蔵構造素材のエネルギーストレージとしての基礎検証を行なう。
現有の電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ化学気相析出(CVD)装置を窒化炭素のメゾスコピシク構造を制御した試料をアセトニトリルやその他ニトリル化合物より合成し、構造を最適化した。その結果、窒素がC : N=1:0.25程度で混入したアモルファス水素化窒化炭素で1.1wt%程度の水素吸蔵能を示すことが明らかになった。窒素組成のない材料については水素吸蔵能を示さなかった。作製された窒化炭素の構造を顕微ラマン散乱分光装置で確認したところ、水素吸蔵前後で構造上の変化がないことがわかった。また窒素組成の生むによっても骨格構造に大きな差がなかった。電子スピン共鳴スペクトル法では、不対電子数が窒素含有試料で水素吸蔵後に大きく減少するのに対し、窒素を含有しない試料ではそのような顕著な現象が得られなかった。水素加圧前後の赤外線吸収スペクトルを測定したところ、C-H結合が窒素含有試料で水素吸蔵後に大きく増加するのに対し、窒素を含有しない試料ではそのような顕著な現象が得られなかった。

研究成果

• [文献書誌] Y.Ohkawara, S.Oshio, T.Suzuki, H.Ito, K.Yatsui, H.Saitoh: "Quantitative analysis of hydrogen in amorphous films of hydrogenated carbon nitride"Japanese Journal of Applied Physics. 40・12. 7007-7012 (2001)
• [文献書誌] Y.Ohkawara, S.Oshio, T.Suzuki, H.Ito, K.Yatsui, H.Saitoh: "Structure modification of hydrogenated carbon nitride films by high-energy He^<2+> irradiation"Molecule Crystal and Liquid Crystal. 386. 51-54 (2002)
• [文献書誌] Y.Ohkawara, S.Oshio, H.Ito, H.Saitoh: "Hydrogen storage in amorphous phase of hydrogenated carbon nitride"Japanese Journal of Applied Physics. 41・12. 7508-7509 (2002)
• [文献書誌] Y.Ohkawara, H Akasaka, K.C.Namiki, S.Ohsiho, H.Ito, H.Saitoh: "Raman scattering spectroscopy of structure of amorphous carbon nitride films"Japanese Journal of Applied Physics. 42・1. 254-258 (2003)