2021 年度研究成果報告書

イオン注入法によるカーボン前駆体高分子からのグラファイト高効率合成に関する研究

研究課題

PDF

研究課題/領域番号	18K11938
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分80040:量子ビーム科学関連
研究機関	国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
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, 上席研究員 (10370355)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2022-03-31
キーワード	イオン注入法 / 金属ナノ粒子 / 乱層グラファイト構造 / 窒素含有カーボンアロイ / 酸素還元触媒性能
研究成果の概要	カーボン前駆体高分子から高効率にグラファイト構造を形成する技術を確立するために、nmオーダーの金属微粒子を導入する方法としてイオン注入法を検討した。金属イオン注入法を利用して、カーボン前駆体高分子へ5～30nmの範囲で粒子径を制御して金属微粒子を導入する技術を確立した。これにより、カーボン前駆体高分子の炭素化過程において、乱層構造を含むグラファイト構造を効率的に形成できることを明らかにした。さらに、この技術を応用し、酸素還元触媒性能を有するカーボン材料を合成する技術を確立し、従来よりも高性能な窒素含有カーボンアロイの開発に成功した。
自由記述の分野	材料工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	本研究で得られた成果は、カーボン前駆体高分子からカーボン材料を合成するプロセスにおいて、微小な金属ナノ粒子の導入が乱層構造を含むグラファイト構造を効率的に形成させるために非常に有用であることを明らかにしたものであり、これを応用して、酸素還元触媒性能を有する窒素含有カーボンアロイの高性能化に成功した。窒素含有カーボンアロイは、燃料電池の電極触媒として使用されている白金に替わる触媒として期待されており、本研究の成果は、燃料電池の低コスト化への足掛かりとなると期待される。