低エネルギーイオンドーピングによるカーボンアロイ形成とその吸着脱硫への応用

Formation of carbon alloys by low-energy ion doping and its application for adsorptive desulfurization

下山 巖   

Shimoyama, Iwao

化石燃料の脱硫は水素製造における必須のプロセスである。従来の水素化脱硫に代わる新たな手法として提案されている吸着脱硫では安定で高機能の活性炭吸着材の開発が求められているため、発表者は低エネルギーイオンビームでヘテロ原子ドーピングを行った炭素材料(カーボンアロイ)に対しチオフェン吸着特性のドーパント依存性を調べた。15族の窒素とリンをグラファイト表面にドーピングした場合、窒素よりもリンの方がチオフェン吸着に対して優れた効果を持つこと、及び室温と高温のグラファイトにリンドーピングを行うと室温ドーピングした試料の方が10倍以上優れたチオフェン吸着能を示すことを見いだした。X線吸収分光法を用いた局所構造解析により両者のリンの構造が異なることを明らかにし、室温ドーピングでは曲面構造が形成されたことにより高い吸着特性を持つことを示した。以上の結果は低エネルギーイオンビームによるカーボンアロイ開発の可能性を示している。

Desulfurization is an indispensable process on hydrogen formation from fossil fuel. Adsorptive desulfurization, alternative to conventional hydrogenation desulfurization, requires development of stable activated carbon adsorbents with high performance. I study dopant dependence on thiophene adsorption for carbon alloys prepared by heteroatom doping using low-energy ion beam. I doped nitrogen and phosphorus as dopants of group 15 elements in graphite surfaces, and clarified that phosphorus is superior in thiophene adsorption to nitrogen, and that the effect of phosphorus is higher with room temperature doping than with high temperature doping by about 10 times. X-ray absorption spectroscopy indicated that local structures around phosphorus sites were different between them. I attribute the high adsorption property to formation of curved phosphorus sites prepared by room temperature doping. Above results suggest that the property of carbon alloy can be controlled by low-energy ion beam.