グラファイト様B/C/N半導体電極の光電気化学

类石墨B/C/N半导体电极的光电化学

• 批准号: 11124211
• 负责人: 八木 一三
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11124211/
• 关键词: ダイヤモンド; B; C; N; 同時ドーピング; 化学気相成長; 電位窓; 電子移動速度

B/C/N化合物の作製には、プラズマ化学気相成長(PCVD)装置を使用した。合成温度を比較的抑えることで、グラッシーカーボン様構造を得ることができると予想された。B/C/N化合物を合成する基板としては、Si基板を主として用いた。作製したBCN化合物の評価は、構造評価ならびに組成分析を併用した。作製時に各各の元素の組成比を変え、作製した薄膜の組成比と比較し、次回の反応条件にフィードバックした。導電性評価は、4探針プローブを用いて測定し、電気化学特性は、主として電位窓の大きさ、酸化還元種に対するレスポンスをサイクリックボルタンメトリー法により評価した。成膜条件を最適化するために、多くのパラメータを変えて成膜を行ったが、ステージ高さと溶媒タンクバブリング用のガス流量・組成が最も影響が高かった。液相ボロン濃度20000ppmで作製した膜ではアモルファスsp^3が増大しており、ボロン導入量が増大した。得られたB,N-ドープダイヤモンド電極のNa_2SO_4電解質溶液中で得られたサイクリックボルタモグラム(CV)では、どちらも4Vに達する非常に広い電位窓を示した。ボロンのみをドープしたダイヤモンド電極については、これまでに報告されている最大の値でも3.5V程度であり、ダイヤモンド結晶のクオリティが低いほどその電位窓が狭くなるという認識が一般化している。この事実を加味すれば、B,N-同時ドープダイヤモンド電極は非常にクオリティの高い結晶から構成されていると考えざるを得ない。現状としては、ボロンを十分にドープできたB,N-ドープダイヤモンド電極は電位窓・電子移動特性ともに優れており、これまでにない優れた電極材料であることが明らかとなった。

使用等离子体化学气相沉积（PCVD）装置制备B/C/N化合物。预计通过保持相对较低的合成温度可以获得类玻碳结构。主要使用Si衬底作为合成B/C/N化合物的衬底。使用结构评估和成分分析相结合的方式对生产的 BCN 化合物进行评估。在制造过程中改变各元素的组成比，与制造的薄膜的组成比进行比较，并反馈到下一个反应条件。使用四点探针评估电导率，并主要通过电位窗口的大小和使用循环伏安法对氧化还原物质的响应来评估电化学性能。为了优化成膜条件，通过改变许多参数来进行成膜，但平台高度和溶剂槽鼓泡的气体流量和组成影响最大。在液相硼浓度为20,000 ppm制备的膜中，非晶态sp^3增加，硼引入量增加。所得B,N掺杂金刚石电极在Na_2SO_4电解质溶液中的循环伏安图(CV)均显示出非常宽的电位窗口,达到4V。对于仅掺杂硼的金刚石电极，迄今为止报道的最大值约为3.5V，并且普遍认为金刚石晶体的质量越低，电势窗口越窄。考虑到这一事实，我们不禁认为B,N共掺杂金刚石电极是由极高品质的晶体组成的。目前，硼充分掺杂的B,N掺杂金刚石电极具有优异的电势窗口和电子传输性能，使其成为前所未有的优越电极材料。