非平面π共役系分子を用いたレーザ誘起含窒素グラフェンの構造選択的ボトムアップ合成

使用非平面π共轭分子激光诱导结构选择性自下而上合成含氮石墨烯

• 批准号: 14J00723
• 负责人: 稲田 雄飛
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J00723/
• 关键词: 含窒素グラファイト; ボトムアップ合成; スマネン; レーザ; ポリアニリン; 燃料電池; 酸素還元; 正極触媒; π共役系; その場観察; 時間分解マイクロ波伝導度

本研究は、含窒素グラフェン（グラファイト）をボトムアップ方式で窒素/炭素（N/C）比を保持しつつ構造選択的に合成する方法を開発し、より簡便な設計を提供することを目的としている。今年度は、前年度の検討で得られた知見をもとに合成した含窒素グラファイトの応用研究として、固体高分子形燃料電池の正極で起こる酸素還元反応（ORR）の触媒活性に焦点を当てた。まず、ORR触媒活性測定用のグラッシーカーボン電極上に塗布した非平面π共役系分子スマネンの含窒素誘導体をレーザ誘起グラファイト化させた。顕微ラマン分光測定によって塗布した原料の炭素化を、導電測定によって電極と炭素体間の導通をそれぞれ確認し、電極上でも含窒素グラファイトを直接合成できることが分かった。次に、ORR活性の測定を行ったが、必ずしも高い活性を示さなかった。スマネン誘導体以外のπ共役系分子の合成技術を習得するため、ウルム大学（ドイツ）で半年間合成経験を積んだ。帰国後、炭素化するための原料と合成法の詳細な検討を重ねたところ、ホスホン酸部位を有するポリアニリンと鉄塩等の添加物を混合して1000 ℃で熱分解したものが、現行の白金に匹敵するORR活性を示すことを見出した。この熱分解物の構造特性を調べたところ、顕微ラマン分光測定によって試料の炭素化を、X線光電子分光測定によって試料に窒素、リン、鉄が含まれていることをそれぞれ確認した。本成果は当初の計画から派生したもので、世界最先端の結果に匹敵すると考えられ、十分な進展があったといえる。また、本成果は日本化学会第96春季年会で発表された。

这项研究旨在开发一种以自下而上的方式选择性合成含氮石墨烯（石墨）的方法，同时保持氮/碳（N/C）比率，并提供更方便的设计。今年，我们专注于在固体聚合物燃料电池的正极电极上发生的氧气还原反应（ORR）的催化活性，这是根据从上一年的研究中获得的发现的含氮石墨的应用研究。首先，将含氮的非平面π偶联分子sumanene的含氮衍生物涂在玻璃碳电极上，用于测量ORR催化活性，并经过激光诱导的石墨化。通过微拉曼光谱法覆盖的原材料的碳化已确认，并通过传导测量确认电极和碳体之间的电导率，发现含氮的石墨可以直接在电极上直接合成。接下来，测量了ORR活动，但不一定显示出很高的活性。为了获取除Sumanene衍生物以外的π共轭分子的合成技术，他在乌尔姆大学（德国）获得了合成经验六个月。返回日本后，我们对碳化和合成方法的原材料进行了详细的检查，并发现将聚苯胺与磷酸部分的混合物混合在一起，并在1000°C下将诸如铁盐等添加剂（例如铁盐）混合，显示出与当前铂的可比性的ORR活性。当检查了这种热解产物的结构特性时，通过微摩曼光谱证实了样品的碳化，并通过X射线光电子光谱证实了样品的碳化，并且样品中包含氮，磷和铁。该结果源自原始计划，被认为与世界上最先进的结果相媲美，可以说已经有足够的进步。结果也在日本化学学会的第96春季年度会议上提出。

项目成果

最新のトピックス 最新構造の“炭”で白金に挑む！―酸素還元反応触媒用含窒素カーボンの最近の動向

最新话题：用最新结构的“木炭”挑战铂金！

• 发表时间: 2015
• 期刊: 月刊化学
• 作者: K. Nagata;T. Hatanaka;K. Fukui;T. Inomata;T. Ozawa;H. Masuda;Y. Funahashi;稲田雄飛，雨夜 徹
• 通讯作者: 稲田雄飛，雨夜 徹