グラフェンへの窒素ドープと構造欠陥; 酸素還元活性点の可能性

Nitrogen-doping in graphene and its structural defects; Possibilities as catalytic sites of oxygen reduction reactions

池田 隆司; Chai, G.*; Hou, Z.*; Shu, D.*; 寺倉 清之*

Ikeda, Takashi; Chai, G.*; Hou, Z.*; Shu, D.*; Terakura, Kiyoyuki*

窒素をドープしたカーボンアロイ触媒が固体高分子形燃料電池の正極での酸素分子還元反応の有力な白金代替触媒として注目を集めている。触媒活性のさらなる向上のためには、触媒活性点と反応機構の原子レベルでの理解が必須である。われわれはこれまでに、炭素材を端のあるグラフェンシートに簡素化したモデルを用いて第一原理電子状態計算を基盤とした分子動力学計算を行い、グラフェンにおける触媒活性に寄与する窒素の配置及び触媒活性点での酸素分子還元反応の反応機構を調べてきた。その結果、窒素をグラフェンの特定の位置にドープすると金属がなくても触媒活性を示すことを見いだしている。一方、最近のわれわれの第一原理電子状態計算により、グラフェンへの窒素ドーピングと構造欠陥との間には強い関連があることもわかっている。そこで、本講演では窒素をドープしたグラフェンの代表的な構造欠陥が酸素還元の活性点となるか検討した結果を報告する。

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