Pドーピングしたグラファイトの触媒機能とNEXAFSによる局所構造解析

Catalysis of P-doped graphite and local structure analysis by NEXAFS

下山 巖   ; 箱田 照幸; 馬場 祐治  ; 関口 哲弘  

Shimoyama, Iwao; Hakoda, Teruyuki; Baba, Yuji; Sekiguchi, Tetsuhiro

共役系炭素材料のNドーピングによる酸素還元反応(ORR)の触媒活性が近年注目を集めている。しかし、N同様V族元素であるPのドーピングによる触媒活性は知られていない。本研究ではPドープグラファイトの局所構造と触媒活性との相関関係を調べた。PClのイオンビームをグラファイトに高温(試料A)あるいは室温(試料B, C)で照射し、800Cのアニーリングを行った。NEXAFS測定後、酸素あるいは窒素飽和水溶液中でのサイクリックボルタンメトリ(CV)測定を行った。試料AのNEXAFSは明瞭な偏光依存性を示し、理論計算からP置換グラファイト構造により解釈された。一方、試料B, Cはイオンフルエンスの違いにもかかわらずどちらも同程度の小さい偏光依存性しか示さなかった。この結果は試料B, C内のPサイトにおける歪んだ平面構造を示唆している。CV測定において、試料Aでは酸素・窒素飽和溶液でほとんど差がなかったのに対し、試料B, Cでは違いが観測され、試料B,Cの酸素が関与する還元反応のしきい電位はそれぞれ約0.1V, 0.3V(vs. Ag/AgCl)に上昇した。この結果はPドープグラファイトのドーパントサイトの立体配置が触媒活性に影響を与えることを示唆している。

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