電子線照射を利用した炭素系触媒材料の作製技術

Synthesis of carbon-based electrocatalysts by electron beam irradiation

太田 智紀*; 萩原 時男*; 杉本 雅樹; 山本 春也; 越川 博; 八巻 徹也

Ota, Tomonori*; Hagiwara, Tokio*; Sugimoto, Masaki; Yamamoto, Shunya; Koshikawa, Hiroshi; Yamaki, Tetsuya

固体高分子形燃料電池は次世代のクリーンエネルギーシステムとして注目を集めており、その製造コスト削減に向けて白金に代わる触媒の研究が盛んである。含窒素炭素系触媒は白金代替材料として期待されているが、触媒性能の発現に必要とされる窒素をグラフェン炭素に効率よく導入できる作製方法は確立されていない。本研究では、炭素源のフェノール樹脂をアンモニア中で電子線照射しながら炭素化することで、より高濃度に窒素を導入できると考え、雰囲気を制御し300C以上の高温下で電子線照射が可能な装置開発を行った。その結果、2MeV電子線の吸収による発熱や、雰囲気ガスの除熱に影響されずに、設定温度に対して2Cの範囲で照射可能であることが確認できた。

Nitrogen (N)-doped carbon-based electrocatalysts are expected as a platinum alternative material for cost reduction of polymer electrolyte membrane fuel cells. However, nobody has not yet established the method of introducing N atoms in a graphene structure at high concentrations. Therefore, our purpose is to propose a new method of N doping using electron beam irradiation at high temperatures in an ammonia atmosphere. We developed here a sample chamber with a heating device, gas inlet and outlet, which made it possible to perform the irradiation without any temperature change. As a result, the phenolic resin, that is, a source of carbon-based electrocatalysts was irradiated with 2 MeV electrons at a dose rate of 2 kGy/s while being maintained at 300 C with a high precision as 2 C.