Scaling effect of pi conjugated electrons in ORR activity of N-doped graphene

N掺杂石墨烯ORR活性中π共轭电子的缩放效应

基本信息

批准号：
22K04919
负责人：
武安光太郎
金额：
$ 2.66万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

2022年度は、in-situ CARS装置の立ち上げと、分子系窒素ドープカーボンモデル触媒における反応メカニズムの研究を推進した。まず前者については、窒素ドープカーボン触媒の反応中間体を直接観測するために、in-situ コヒーレントアンチストークスラマン散乱（CARS）装置の開発を行った。8の字型の光ファイバー系共振器を組み、受動モード同期により、中心波長1570 nm、繰り返し周波数47MHzのパルスレーザー列を生成した。このレーザーを２経路に分岐させ、１経路の光はアンプし、もう１経路の光は、同時に複数の振動モードを測定するために高非線形ファイバーを通過させて広帯域化した。その結果、波長1100 nm~2100 nmに分布する広帯域光を生成することに成功した。今後、CARS信号を生成し、窒素ドープカーボン触媒の反応解析へと応用する。また、分子系窒素ドープカーボンモデル触媒における反応メカニズムを、電気化学的手法、電子状態の観測から調べた。モデル触媒の表面状態について観察した結果、酸塩基平衡を考慮した立ち上がり電位を決める素過程が、電気化学測定の結果を再現した。このことから、pyri-Nの酸塩基平衡によって立ち上がり電位を決める素過程が切り替わることが明らかとなった。また、酸電解液中で活性低下するのはイオン性のpyri-NH+が水和安定化することで反応中間体のpyri-NH生成電位が下がるためであった。つまり、窒素ドープカーボン触媒の活性向上には活性点近傍の疎水性を高めることでpyri-NH+の水和を防ぐことが重要であることがわかった。

2022财年，我们启动了原位CARS装置，并推动分子氮掺杂碳模型催化剂的反应机理研究。针对前者，我们开发了一种原位相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）装置来直接观察氮掺杂碳催化剂的反应中间体。构建了8字形光纤谐振腔，并通过被动锁模产生了中心波长为1570 nm、重复频率为47 MHz的脉冲激光序列。该激光器被分成两条路径，一条路径的光被放大，另一条路径的光通过高度非线性光纤以加宽频带，以便同时测量多种振动模式。结果，我们成功地产生了波长分布为1100 nm至2100 nm的宽带光。未来，我们将生成CARS信号并将其应用于氮掺杂碳催化剂的反应分析。此外，利用电化学技术和电子态观察研究了分子氮掺杂碳模型催化剂的反应机理。通过观察模型催化剂的表面状态，确定考虑酸碱平衡的上升电位的基本过程再现了电化学测量的结果。这揭示了决定上升电位的基本过程根据pyri-N的酸碱平衡而变化。此外，由于离子pyri-NH+水合并稳定，酸性电解质中的活性降低，这降低了pyri-NH作为反应中间体形成的潜力。换句话说，我们发现，为了提高氮掺杂碳催化剂的活性，重要的是通过增加活性位点附近的疏水性来防止pyri-NH+的水合。