結合状態操作とドーピングによる局在電子状態を制御した高活性炭素触媒の創製

通过键态操纵和掺杂创建具有受控局域电子态的高活性碳催化剂

• 批准号: 22K04705
• 负责人: 岡崎 宏之
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04705/
• 关键词: 固体高分子形燃料電池; 電極触媒; 炭素触媒; 荷電粒子ビーム; 固体高分子形燃料電池(PEFC)

本研究では、最近発見されたクエンチングカーボン（Qカーボン）のsp3結合ネットワーク内の孤立したsp2結合による局在電子状態が触媒活性に機能しうる可能性に注目し、量子ビーム照射による局所的なQカーボンの結合状態操作を用いた局在電子を有する炭素数の大幅な増加とキャリヤドーピングを用いた触媒活性に最適なエネルギー準位への制御によって新たな非Pt触媒の創製を目的にしている。本年度は、BドープQカーボン作製に向けて、BドープQカーボン作製プロセスを探索するために、レーザーを用いたPLD法で作製された前駆体であるDLC薄膜のsp2/sp3結合比を制御する作製条件を見出すために、XPS測定によってDLC薄膜のC 1sスペクトルを観測し、sp2/sp3結合比がDLC薄膜を堆積する際のレーザー出力や膜厚との相関を導出した。レーザー出力や膜厚を調整することでsp2/sp3結合比を制御する方法を見出せた。さらに、C 1sスペクトルの深さ依存性も観測し、前駆体薄膜の均一性やsp2/sp3結合比が表面や基板界面付近でどのように変化しているのかも明らかにした。

在这项研究中，我们重点研究了最近发现的淬火碳（Q碳）sp3键网络中孤立的sp2键所产生的局域电子态可以发挥催化活性的可能性。通过操纵 Q 碳的键态并通过使用载体掺杂控制能级以达到最佳催化活性，显着增加具有局域电子的碳的数量。今年，为了探索B掺杂Q碳的生产工艺，我们将制造一种控制DLC薄膜sp2/sp3键比的DLC薄膜，这是使用激光PLD生产的前驱体。为了找到条件，我们使用XPS测量观察了DLC薄膜的C 1s光谱，并得出了沉积DLC薄膜时sp2/sp3键比与激光输出和薄膜厚度之间的相关性。我们找到了一种通过调整激光输出和薄膜厚度来控制 sp2/sp3 键比的方法。此外，我们观察了C 1s 光谱的深度依赖性，并阐明了前驱体薄膜的均匀性和sp2/sp3 键比在表面和衬底界面附近如何变化。

项目成果

Characterization of amorphous carbon films by X-ray magnetic circular dichroism

X 射线磁圆二色性表征非晶碳薄膜

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuji Muraoka; Taishi Kanayama; Sho Enomoto; Takanori Wakita; Masahiro Sawada
• 通讯作者: Masahiro Sawada

新規機能性炭素膜の開発

新型功能性碳膜的研制

• 发表时间: 2022
• 作者: 村岡祐治

エネルギー・環境分野における次世代炭素材料

能源与环境领域的下一代碳材料

• 发表时间: 2022
• 作者: 村岡祐治

Al2O3基板上の非晶質炭素膜における sp3 割合の膜厚依存性

Al2O3 基板上非晶碳膜中 sp3 比率的膜厚依赖性

• 发表时间: 2022
• 作者: 村岡祐治;金山大志;岳強;脇田高徳;横谷尚睦
• 通讯作者: 横谷尚睦

非晶性炭素及びその製造方法、並びに、階層状カーボン系被膜層及びその製造方法

非晶碳及其制造方法、分级碳基涂层及其制造方法

• 发表时间: 2022