Synthesis of a nitrogen-containing carbon material with oxygen reduction activity from polymer precursors

前駆体高分子からの酸素還元活性を有する窒素含有カーボン材料の合成

出崎 亮; 杉本 雅樹; 島田 明彦; 山本 春也; 田口 光正; 八巻 徹也

Idesaki, Akira; Sugimoto, Masaki; Shimada, Akihiko; Yamamoto, Shunya; Taguchi, Mitsumasa; Yamaki, Tetsuya

近年、白金等の貴金属を含まないカーボン触媒材料の合成に関する研究が盛んに行なわれており、窒素原子を取り込んだグラファイト骨格を含むカーボン材料は、白金並みの酸素還元活性を示すことが明らかにされている。我々は、窒素イオン注入法を利用して材料表面に局所的に触媒活性層を有するカーボン触媒材料を合成するプロセスの開発を目指している。本研究では、原料となり得るいくつかの前駆体高分子について焼成処理後の炭化率、結晶構造等を評価した。その結果、ベンゼン環を構造中に含むポリイミド、フェノール樹脂が50-60%の高い炭化率を示すこと、800C以上でグラファイト骨格が形成されることを明らかにした。今後、ポリイミド、フェノール樹脂を原料としてイオン注入法を利用したカーボン触媒材料の合成プロセスの確立を目指す。

Recently, development of platinum-substitute catalysts has been studied extensively; it has been found that a nitrogen-containing carbon material shows oxygen reduction activity almost same as platinum metal. We have been studying about synthesis process of a nitrogen-containing carbon material by pyrolysis of polymer precursors which are easy to be shaped as fiber, film, and so on. In this work, some materials were selected as polymer precursors and their organic-inorganic conversion process were investigated. It was found that polyimide and phenol resin show high carbon yield of 50-60% and graphite structure is formed above 800C.