| 研究課題/領域番号 |
18K11938
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
出崎 亮 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (10370355)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | イオン注入 / カーボン前駆体高分子 / グラファイト / 有機－無機転換 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、金属イオン注入を利用したカーボン前駆体高分子へのnmオーダーの粒径を有する金属微粒子の導入技術を確立するとともに、これを利用した、酸素還元触媒性能の発現に不可欠な、炭素の一部が窒素に置換された乱層構造を有するグラファイト構造を合成する技術を確立することを目的としている。昨年度までに、100 keV Feイオン注入を利用したFe微粒子（平均粒径：18.5±6.3 nm）の導入が、カーボン前駆体高分子の炭素化過程における乱層グラファイト構造の形成に効果的であることを明らかにした。しかしながら、試料であるフェノール樹脂膜の深さ方向におけるFeの分布は深さ100 nm付近に集中しており狭く、深さ方向において浅い部分にもFeを分布させることができれば、より効率的な乱層グラファイト構造の形成が期待される。そこで、40/60/100 keVと、順次、エネルギーを変化させてFeイオンを合計で1e15 ions/cm2まで注入後、窒素中800℃で炭素化処理を行い、Feの分布・粒径やカーボン構造形成挙動の違いを同量の100 keV Feイオン注入の場合と比較した。その結果、多重エネルギーイオン注入によって、深さ方向のFe分布が広くなるとともに、形成されたFe微粒子の粒径が小さくなり（平均粒径：16.5±8.0 nm）、乱層グラファイト構造をより多く含むカーボン構造が形成されることを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
本年度においては、新型コロナウィルスの影響による非常事態宣言の発出に伴って照射施設が停止されたため、当初予定していたイオン注入実験を実施できず、研究遂行に遅延が生じた。しかしながら、本年度の研究における、多重エネルギーイオン注入法が導入する金属微粒子の微細化に有効であることを明らかにした成果は、窒素含有カーボン触媒の高性能化に繋がる成果である。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度までの成果を基に、窒素を構造中に含むカーボン前駆体高分子（ポリアクリルニトリル等）に対し、Feイオンを注入し、炭素化させることによって窒素含有炭素材料を合成する。得られた炭素材料の酸素還元触媒性能を評価し、比較試料（イオン注入法とFe濃度が等しい塩化鉄添加試料）の場合と比較することにより、粒子径の小さいFeナノ粒子の導入が触媒性能に与える影響を評価する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
理由：当初、参加を予定していた国際会議が中止、延期されたため。
計画：実施が延期された国際会議への参加費に充当したい。
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