電子線照射による非平衡反応を利用した炭素系カソード触媒への窒素導入

Nitrogen doping in carbon-based cathode catalysts using non-equilibrium process induced by electron-beam irradiation

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

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

白金代替材料として期待される炭素系触媒の酸素還元活性は、グラフェン状炭素の一部が窒素原子に置換した構造に起因している。しかし、有機高分子と含窒素化合物との混合物、あるいは含窒素高分子を炭素源として焼成する方法では、炭素のグラファイト構造と窒素導入量はどちらも焼成温度により変化し、それぞれを独立に制御することは困難である。そこで本研究では、アンモニア(NH)下での電子線照射により、炭素系触媒への窒素の導入を試みた。試料は、グラファイト化を促進する塩化コバルト(II) (CoCl)を最大10wt%添加したフェノール樹脂に、1vol% NH雰囲気、400Cで加熱しながら2MeV電子線を6MGy照射した後、N中、800Cで焼成することで作製した。X線光電子分光スペクトル測定の結果、CoCl無添加のフェノール樹脂から得られた炭素粉末にはほとんど窒素が認められなかったのに対し、5wt% CoCl添加の場合には窒素の原子分率は0.5%であった。CoCl添加フェノール樹脂を原料としてNH下で電子線照射するという新しい手法によって、窒素を導入することができた。

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