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高崎量子応用研究所

研究課題3 - プロジェクト先進触媒研究

掲載日:2018年12月26日更新
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研究課題 3.放射線化学反応による局所的活性点の導入

-新奇なカーボンアロイ触媒をつくる-

 白金に代わる非貴金属の空気極触媒として、高分子原料を高温で炭化したカーボンアロイ触媒が注目を集めている。カーボンアロイは窒素などのヘテロ原子を含む複雑なナノシェル構造を持つため、その触媒活性の起源がヘテロ原子、ナノシェル構造のどちらにあるのかが未解明である。したがって、窒素ドープの量だけでなく位置や化学状態にも注意を払う必要があるが、雰囲気制御下における熱処理という従来の方法では実験条件の自由度が低く限界がある。
 本研究で用いる放射線化学反応では、量子ビームによる電子励起、イオン化の後で生成する中間活性種が反応性に富むことに着目し、この特徴を利用した窒素ドープ法を開発している。ここでは、試料全体の微細構造は変化させずに窒素の周囲のみを精密に制御するため、線エネルギー付与(LET)の低い電子線(照射効果として等価なγ線も含む)を用いて、その直接作用のみならず、環境制御による間接作用の利用も視野に入れる。具体的には、窒素源となるアンモニアの雰囲気下で加熱しながら電子線照射する新たな作製法を検討中である。従来の熱焼成とは異なる化学種間の反応を電子線照射下で生じさせ、これにより炭素系触媒への窒素導入を試みる。間接作用における希釈効果、化学的防護効果、酸素効果のすべてを考慮し電子線プロセスの可能性を最大限に引き出すことで、ピリジン型、ピロール型、グラファイト置換型、N-O結合などのヘテロ原子による局所的活性点を実現したい。

新奇なカーボンアロイ触媒をつくるの画像1新奇なカーボンアロイ触媒をつくるの画像2

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