Role of residual transition-metal atoms in oxygen reduction reaction in cobalt phthalocyanine-based carbon cathode catalysts for polymer electrolyte fuel cell

小林 正起*; 丹羽 秀治*; 原田 慈久*; 堀場 弘司*; 尾嶋 正治*; 大渕 博宣*; 寺倉 清之*; 池田 隆司; 腰越 悠香*; 尾崎 純一*; et al.

Journal of Power Sources, 196(20), p.8346 - 8351, 2011/10

https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.06.062

コバルトフタロシアニンとフェノール樹脂の混合物の熱分解によって合成したコバルトフタロシアニン由来の炭素触媒中の炭素原子の電子構造をX線吸収微細構造分析と硬X線光電子分光を用いて調べた。Co K端XAFSスペクトルからほとんどのコバルト原子は金属状態であるが酸洗い後でも少量の酸化コバルト成分があることがわかった。また、XAFSとHXPESのプローブ長の違いから酸洗い後においてCoクラスタ凝集体の表面領域はおもに金属Coから構成されていることがわかった。酸洗い前後で電気化学的性質がほとんど変化しなかったことから、残存金属Co又は酸化Co自体は炭素カソード触媒の酸素還元反応活性にほとんど寄与しておらず、炭素や窒素等の軽元素がコバルトフタロシアニン由来炭素触媒の活性点を構成していると考えられる。

X-ray photoemission spectroscopy analysis of N-containing carbon-based cathode catalysts for polymer electrolyte fuel cells

丹羽 秀治*; 小林 正起*; 堀場 弘司*; 原田 慈久*; 尾嶋 正治*; 寺倉 清之*; 池田 隆司; 腰越 悠香*; 尾崎 純一*; 宮田 清蔵*; et al.

Journal of Power Sources, 196(3), p.1006 - 1011, 2011/02

https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.08.054

固体高分子形燃料電池用窒素含有炭素ベース正極触媒3種類の電子構造を硬X線光電子分光で調べた結果を報告する。炭素1sスペクトルから酸素還元活性には炭素ネットワークが重要であること、窒素1sスペクトルから高活性なサンプルはグラファイト様窒素をより多く含むことがわかった。

Spectroscopic characterization of ultrashort laser driven targets incorporating both Boltzmann and particle-in-cell models

Sherrill, M. E.*; Abdallah, J.*; Csanak, G.*; Dodd, E. S.*; 福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹*; 山川 考一; et al.

High-Power Laser Ablation VII (Proceedings of SPIE Vol.7005), p.70051R_1 - 70051R_11, 2008/06

A model that solves simultaneously both the electron and atomic kinetics was used to generate synthetic X-ray spectra to characterize high intensity ultrashort-laser-driven target experiments. A particle-in-cell simulation was used to model the laser interaction for both cluster and foil targets and provided the initial electron energy distribution function (EEDF) for a Boltzmann solver. Though this model suggests that both Ar cluster and Ti foil plasmas are held in a highly non-equilibrium state for both the EEDF and the ion level populations for several picoseconds, the spectral line features of the foil experiment was shown to evolve too quickly to be seen by current ultrafast time resolved spectrometers.

Coupled electron and atomic kinetics through the solution of the Boltzmann equation for generating time-dependent X-ray spectra

Sherrill, M. E.*; Abdallah, J. Jr.*; Csanak, G.*; Kilcrease, D. P.*; Dodd, E. S.*; 福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; et al.

Journal of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer, 99(1-3), p.584 - 594, 2006/05

https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2005.05.047

本研究では、電子分布関数が非熱的、かつ、イオンの内部状態が非定常であるような極めて非平衡なプラズマ中における電子と原子のキネティクスを自己無矛盾に解くモデルを開発した。このモデルを用いて、原研100TWレーザーを用いて測定されたArクラスターからのK殼X線スペクトル(He線)の解析を行った。

Measurement of ' X-ray transitions from 1 m Kr clusters irradiated by high-intensity femtosecond laser pulses

Hansen, S. B.*; Fournier, K. B.*; Faenov, A. Y.*; Magunov, A. I.*; Pikuz, T. A.*; Skobelev, I. Y.*; 福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; et al.

Physical Review E, 71(1), p.016408_1 - 016408_9, 2005/01

https://doi.org/10.1103/PhysRevE.71.016408

原研100TWレーザーを直径約1mのKrクラスターに照射し、Ne-like Krイオンの'遷移に由来するX線スペクトルを測定した。X線スペクトルの入射レーザー光の強度に対する依存性は弱かった。このことは、クラスターの寿命(1-2ps)が、衝突イオン化で生成した多価イオンのイオン化レベルをNe-like Krまでに留めていることを示唆している。 相対論的多配置FACコードに基づいた衝突放射モデルを作成し、実験結果のシミュレーションを行った。その結果、クラスタープラズマの電子密度=10cm,温度=数百eV,高速電子含有率=数%という結果が得られた。

Relativistic laser plasma from micron-sized argon clusters as a debris-free X-ray source for pulse X-ray diffraction

福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 中井 善基*; 辻 公一*; 山川 考一; 弘中 陽一郎*; 岸村 浩明*; et al.

Applied Physics Letters, 85(21), p.5099 - 5101, 2004/11

https://doi.org/10.1063/1.1823589

レーザー光(レーザー強度610W/cm,パルス幅30fs)を巨大アルゴンクラスターに照射して発生させたX線を用いてSi(111)結晶からのX線回折実験を行った。発生したHe線(3.14keV)のフォトン数、及び、線幅は、それぞれ、410photons/shot/4sr、及び、3.7eV(FWHM)であった。これらは、時間分解X線回折実験を行うためのデブリフリー光源として十分な値を有している。

COLFRACを利用した性能評価に及ぼす微生物の影響に関する評価

黒澤 進; 佐々木 良一; 上田 真三*; 吉川 英樹

JNC TN8400 2004-012, 68 Pages, 2004/07

JNC-TN8400-2004-012.pdf:5.37MB

本研究は、核種移行計算コードCOLFRACを利用した微生物の影響評価に関し、微生物の挙動をコロイド相当として扱うため、地下環境中での微生物と核種の相互作用やバイオフィルム形成に関する情報を収集、整理した。得られた情報に関しては、COLFRACで計算可能とするためのデータ変換を実施した。COLFRACによる計算の結果、核種が微生物に取り込まれるような場合には、核種移行が大幅に促進される可能性があることがわかった。また、その際の核種移行率は、微生物濃度に支配されることが示された。

Microdroplet evolution induced by a laser pulse

Smirnov, M. B.*; Skobelev, I. Y.*; Magunov, A. I.*; Faenov, A. Y.*; Pikuz, T. A.*; 福田 祐仁; 山川 考一; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; et al.

Journal of Experimental and Theoretical Physics, 98(6), p.1123 - 1132, 2004/06

高強度レーザーと10-10個の原子から構成される巨大クラスター(マイクロドロップレット)との相互作用について検討を行った。巨大クラスターの大きさは、レーザー波長に匹敵する大きさである。高強度レーザーパルス照射によって誘起される巨大クラスターのダイナミクスを記述するモデルを開発し、レーザーパルス通過後に起こるさまざまな過程を解析した。その結果、巨大クラスタープラズマは過熱状態にあることが理論的に示された。すなわち、プラズマの温度は、プラズマ中の多価イオンのイオン化ポテンシャルにほぼ等しいことがわかった。また、巨大クラスタープラズマのパラメータは、レーザーパルスの形状やパルス幅に依存しないことがわかった。これら理論的結果は、日本原子力研究所100TWレーザーのパラメータをさまざまに変化させながら行った(パルス幅:30-500fs,レーザー強度:610-210W/cm)巨大クリプトンクラスターと巨大キセノンクラスターからのX線測定実験によって支持された。

Many-electron dynamics of a Xe atom in strong and superstrong laser fields

山川 考一; 赤羽 温; 福田 祐仁; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 内海 隆行*

Physical Review Letters, 92(12), p.123001_1 - 123001_4, 2004/03

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.123001

波長800nm, パルス幅20fsのレーザー光を集光強度10W/cmから10W/cmの範囲でキセノン原子に照射し、そのイオン化過程におけるダイナミクスについて研究を行った。レーザー照射強度に対するキセノン1価から20価イオンまでのイオン化収率を測定し、トンネルイオン化モデルとの比較を行った結果、(1)低価数イオンにおける予想外なイオン化収率の向上、(2)遮蔽効果による外殻と内殻電子群の非相互作用、(3)相対論レーザー強度及び数サイクルパルスによる多電子同時イオン化の抑制、等が明らかとなった。これらの新しい発見は、このような高強度場において多電子原子がどのように振る舞うかを知るうえで、新しい知見を与えるものである。

X-ray radiation of clusters irradiated by ultrafast, high-intensity laser pulses

福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹; 岸本 泰明; 山川 考一; Faenov, A. Y.*; Magunov, A. I.*; Pikuz, T. A.*; et al.

Laser-Generated & Other Lab. X-Ray & EUV Sources (Proceedings of SPIE Vol.5196), p.234 - 243, 2004/00

10W/cmを超える強レーザー場中における希ガスクラスターからのX線発生に関する研究を行った。本研究では、レーザープレパルスによるクラスターの破壊を抑制するため、ポッケルスセルを用いてプレパルスを除去し、さらに、特殊ノズルを用いてマイクロメーターサイズの巨大クラスターを発生させた。また、時間依存Bolzmann-KineticモデルによるX線スペクトルのシミュレーションを行い、実験結果を定量的に再現することに成功した。