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2017 年度 実績報告書

高電子移動ナノカーボン界面の創製

研究課題

研究課題/領域番号 15K05465
研究機関国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

研究代表者

保田 諭  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 先端基礎研究センター, 研究職 (90400639)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードカーボンナノチューブ / 酸素還元 / グラフェン / 触媒
研究実績の概要

昨年度は、電気化学およびメスバウアー分光法によって、触媒活性に重要なパラメータである活性サイト密度や触媒回転頻度を定量的に評価可能であることを示し、高活性化のための設計指針を得ることに成功した。本年度は、この知見・技術をもとに高活性Fe-N-ナノグラフェン/CNT触媒の合成を試みた。
Fe-N-ナノグラフェンを作製するための加熱時間が活性サイト密度と触媒回転頻度に与える影響について詳細な評価をした。その結果、加熱初期過程では、前駆体分子である鉄フタロシアニンが熱分解により速やかに活性サイトを形成するが、加熱時間が長くなるにつれ、熱分解による活性サイト密度が減少することが示された。一方、触媒回転頻度は、加熱初期過程で増加するがその後は加熱時間によらず一定値を示すことが示された。
活性サイトの熱分解反応を制御するために、短時間加熱および急冷却を繰り返し行う加熱プロセス(短時間繰り返し加熱プロセス)を新しく導入し、活性サイト密度と触媒回転頻度に与える影響について精査した。その結果、活性サイト密度は、ある繰り返し数で最大となり、その値は一般的な加熱プロセスと比べて2倍近く増加すること、さらなる繰り返し数では単調減少していくことが示された。一方、触媒回転頻度は、ある繰り返し数で、一般的は加熱プロセスと同様の値をとり、その後は変化しないことを明らかにした。XPSの結果から、短時間加熱および急冷却プロセスは、活性サイトの要素元素であるFeやN原子の熱脱離を効率よく抑制し、活性サイト密度の増加に寄与していることが明らかとなった。以上、触媒活性パラメーターの定量的評価法を駆使し、高活性な酸素還元活性能を有するFe-N-ナノグラフェン/CNT触媒を合成するための新しい加熱プロセスの開発に成功し、高活性触媒の開発に成功した。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Plasmon-Induced Selective Oxidation Reaction at Single-Walled Carbon Nanotubes2017

    • 著者名/発表者名
      Yasuda Satoshi、Yoshii Takahiro、Chiashi Shohei、Maruyama Shigeo、Murakoshi Kei
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 9 ページ: 38992~38998

    • DOI

      10.1021/acsami.7b07636

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Out-of-Plane Strain Induced in a Moir? Superstructure of Monolayer MoS2 and MoSe2 on Au(111)2017

    • 著者名/発表者名
      Yasuda Satoshi、Takahashi Ryosuke、Osaka Ryo、Kumagai Ryota、Miyata Yasumitsu、Okada Susumu、Hayamizu Yuhei、Murakoshi Kei
    • 雑誌名

      Small

      巻: 13 ページ: 1700748~1700748

    • DOI

      10.1002/smll.201700748

    • 査読あり
  • [学会発表] グラフェン―金属界面で形成した水素ナノバブル評価2018

    • 著者名/発表者名
      保田諭、田村和久、丹野駿、佐藤祐介、加藤優、八木一三、朝岡秀人
    • 学会等名
      電気化学会第85回大会
  • [学会発表] Fabrication of Graphene-Au(111) Interface for Proton Permeability Analysis of Monolayer Graphene at Nanometer Scale2017

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Yasuda, Koji Nakashima, Kei Murakoshi, Kazuhisa Tamura, Shun Tanno, Yusuke Sato, Masaru Kato, Ichizo Yagi, Hidehito Asaoka
    • 学会等名
      The 8th International Symposium on Surface Science
    • 国際学会
  • [学会発表] グラフェン―Au(111)界面に形成した水素ナノバブルのSTM観察2017

    • 著者名/発表者名
      保田諭、田村和久、丹野駿、佐藤祐介、加藤優、八木一三、朝岡秀人
    • 学会等名
      電気化学秋季大会
  • [学会発表] ナノレベルでの単層グラフェンのプロトン透過能評価2017

    • 著者名/発表者名
      保田諭、田村和久、丹野駿、佐藤祐介、加藤優、八木一三、朝岡秀人
    • 学会等名
      第78回応用物理学会 秋季学術講演会

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公開日: 2018-12-17  

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