| 第1章 カーボンアロイとは(安田榮一) |
| 1. はじめに 1 |
| 2. カーボンアロイの定義 1 |
| 3. カーボンアロイの分類 3 |
| 4. 最近のカーボンアロイ研究 4 |
| 5. おわりに 7 |
| 第2章 カーボンアロイ触媒の経緯～白金をめぐる最近の事情～(宮田清藏) |
| 1. はじめに 11 |
| 2. 白金の触媒作用 13 |
| 3. NEDOカーボンアロイ触媒プロジェクト 15 |
| 第3章 カーボンアロイ触媒の機能発現(尾崎純一) |
| 1. 炭素材料概論 18 |
| 1.1 炭素化の化学 18 |
| 1.2 カーボンアロイ 19 |
| 1.3 炭素材料の難しさとカーボンアロイ 19 |
| 2. 異種元素導入による炭素の物性制御 20 |
| 3. 触媒黒鉛化 21 |
| 4. ヘテロカーボン 25 |
| 5. 炭素表面の触媒作用 26 |
| 6. 酸素還元活性 28 |
| 7. 終わりに 31 |
| 第4章 カーボンアロイ触媒の作製法 |
| 1. ナノシェル炭素(尾崎純一) 34 |
| 1.1 ナノシェルの構造的特徴と電気化学的性質 34 |
| 1.1.1 構造的特徴 34 |
| 1.1.2 電気化学的性質 34 |
| 1.2 ナノシェルの酸素還元活性 35 |
| 1.2.1 フェロセン系 35 |
| 1.2.2 フタロシアニン系 36 |
| 1.2.3 ナノシェルの活性支配因子 37 |
| 2. ポリマーから見た設計(畳開真之、柿本雅明) 40 |
| 2.1 背景 40 |
| 2.2 含窒素芳香族高分子の重合 40 |
| 2.2.1 芳香族ポリイミド(PI)の合成方法 40 |
| 2.2.2 芳香族ポリアミド(PA)の重合方法 40 |
| 2.2.3 芳香族ポリベンゾアゾール(Az)の重合方法 42 |
| 2.3 含窒素芳香族高分子の焼成及び特性評価 43 |
| 2.4 含窒素芳香族高分子の焼成過程の観察 44 |
| 2.5 含窒素芳香族高分子化合物へのFeの添加 49 |
| 2.6 まとめ 51 |
| 3. 添加金属の効果(難波江裕太) 53 |
| 3.1 炭素化初期の働き 53 |
| 3.2 鉄微粒子の生成と高次構造に及ぼす影響 57 |
| 3.3 電極触媒活性に及ぼす影響 60 |
| 3.4 FePc/PhRsの炭素化における鉄の作用 62 |
| 第5章 カーボンアロイ触媒の機能 |
| 1. 炭素構造とグラフェン構造(斉木幸一朗) 66 |
| 1.1 はじめに 66 |
| 1.2 炭素の化学結合 66 |
| 1.3 固体炭素の諸構造 68 |
| 1.4 グラファイト構造とグラフェン構造 69 |
| 1.5 グラフェンの端構造 72 |
| 1.6 グラフェン端構造の実験的検証 73 |
| 1.7 グラフェン端の電子状態 78 |
| 1.8 グラフェンの欠陥構造 81 |
| 2. カーボン触媒の高性能化(尾崎純一) 84 |
| 2.1 ナノシェルの微細化 84 |
| 2.1.1 ナノシェルの形成過程と微細化 84 |
| 2.1.2 高分子化錯体を用いた微細化 85 |
| 2.1.3 限られた空間を用いた微細化 85 |
| 2.2 ナノシェルカーボンの高性能化 86 |
| 2.2.1 窒素・ホウ素ドープ炭素の酸素還元活性 87 |
| 2.2.2 ナノシェルへの窒素ドープ 88 |
| 2.3 おわりに 89 |
| 3. 酸素還元活性と4電子還元選択性(守屋彰悟) 91 |
| 3.1 回転リング・ディスク電極(RRDE)法 91 |
| 3.2 酸素還元反応性の理論計算 94 |
| 3.3 熱処理条件による電気化学的特性の変化 94 |
| 3.3.1 酸素還元活性 94 |
| 3.3.2 過酸化水素生成率 96 |
| 3.4 添加金属による電気化学的特性の変化 97 |
| 3.4.1 酸素還元活性 97 |
| 3.4.2 過酸化水素生成率 98 |
| 第6章 カーボンアロイ触媒のキャラクタリゼーション |
| 1. 放射光を用いた解析(尾嶋正治) 100 |
| 1.1 CAC中窒素不純物の化学構造・電子構造解析:硬X線光電子分光と軟X線吸収分光 101 |
| 1.2 CAC中残留遷移金属元素の化学構造、電子構造解析:硬X線光電子分光と軟X線吸収分光 106 |
| 1.3 in situ燃料電池解析システム 107 |
| 2. NMRおよびESR(黒木重樹) 110 |
| 2.1 磁気共鳴現象(NMRとESR) 110 |
| 2.2 固体NMR法 111 |
| 2.3 NMR化学シフト 112 |
| 2.4 ポリピロールを前駆体としたカーボンアロイ触媒の酸素還元特性 113 |
| 2.5 カーボンアロイ触媒の1HNMR 113 |
| 2.6 カーボンアロイ触媒の15NNMR 115 |
| 2.7 カーボンアロイ触媒のESR 118 |
| 第7章 カーボンアロイ触媒の原理 |
| 1. カーボンアロイ触媒の発現原理(池田隆司、S.F.Huang、M.Boero、寺倉清之) 121 |
| 1.1 はじめに 121 |
| 1.2 グラフェンの電子状態 122 |
| 1.2.1 ジグザグエッジ状態 122 |
| 1.2.2 窒素置換の効果 125 |
| 1.3 カーボンアロイの触媒活性 127 |
| 1.3.1 第一原理分子動力学に基づいた化学反応のシミュレーション法 127 |
| 1.3.2 酸素分子吸着過程 128 |
| 1.3.3 酸素分子還元過程 134 |
| 1.3.4 触媒サイクル 136 |
| 1.4 おわりに 137 |
| 2. 実験によるカーボンアロイ触媒の発現原理(近藤剛弘、中村潤児) 139 |
| 2.1 はじめに 139 |
| 2.2 白金微粒子を真空蒸着したグラファイト表面 140 |
| 2.3 Ar+イオンスパッタリング処理をしたグラファイト表面 143 |
| 2.4 N2+イオンスパッタリング処理をしたグラファイト表面 146 |
| 2.5 カーボンアロイ触媒の発現原理の可能性 147 |
| 第8章 酸化反応触媒 |
| 1. 過酸化水素製造(山中一郎) 150 |
| 1.1 はじめに 150 |
| 1.2 燃料電池電解法による過酸化水素合成 150 |
| 1.3 カーボンアロイ電極触媒を用いた過酸化水素合成 153 |
| 1.4 カーボンアロイ電極触媒による中性過酸化水素水の合成 156 |
| 1.5 終わりに 161 |
| 2. カーボンアロイ触媒によるアルコールの酸化反応(柿本雅明、早川晃鏡) 163 |
| 2.1 はじめに 163 |
| 2.2 カーボンアロイ触媒によるベンジルアルコールの空気酸化 163 |
| 2.3 選択的酸化反応の機構の考察 166 |
| 第9章 カーボンアロイ触媒による合成反応 |
| 1. カーボンアロイ材料の化学合成用貴金属フリー触媒としての応用展開の可能性(山口和也、水野哲孝) 172 |
| 1.1 はじめに 172 |
| 1.2 活性炭を触媒、分子状酸素を酸化剤とした酸化反応 173 |
| 1.3 グラファイト状カーボンナイトライド(g-C3N4) 179 |
| 1.4 まとめ 182 |
| 2. C-C結合生成反応(荒井正彦、藤田進一郎) 185 |
| 2.1 緒言 185 |
| 2.2 アンモオキシデーションによる炭素材料への窒素ドープ 186 |
| 2.3 窒素ドープカーボンアロイの塩基触媒活性 187 |
| 2.3.1 処理雰囲気と温度履歴の影響 187 |
| 2.3.2 処理温度の影響 188 |
| 2.3.3 アンモニア濃度の影響 190 |
| 2.3.4 処理時間の影響 192 |
| 2.3.5 触媒のリサイクル 193 |
| 2.4 窒素ドープカーボンアロイ触媒の性状と塩基触媒活性との関係 194 |
| 2.5 結言 198 |
| 第10章 カーボン系白金代替触媒の特許動向(上嶋康秀、畳開真之) |
| 1. はじめに 200 |
| 2. 特許調査範囲と対象特許文献の選別 201 |
| 2.1 調査範囲 201 |
| 2.2 選別と分類 201 |
| 3. 特許動向 202 |
| 3.1 技術別特許公開状況 202 |
| 3.2 年代別特許公開状況 203 |
| 3.3 研究機関別特許公開状況 204 |
| 4. カーボン系白金代替触媒の特許例 205 |
| 4.1 三洋電機/群馬大学 205 |
| 4.2 群馬大学 205 |
| 4.3 旭化成 205 |
| 4.4 地方独立行政法人大阪市立工業研究所/日本触媒 206 |
| 4.5 3M INNOVATIVE PROPERTIES CO(US) 206 |
| 4.6 ソニー 206 |
| 4.7 日本カーリット 206 |
| 5. まとめ 206 |
| 第11章 世界のカーボン系白金代替カソード触媒の動向(難波江裕太) |
| 1. はじめに 208 |
| 2. 金属がORR活性点であると考えているグループ 209 |
| 2.1 カナダ(INRS:Institut national de la recherche scientifique)Dodetetグループ 209 |
| 2.2 ドイツ(Helmholtz-Zentrum Berlin fur Materialen and Energie)Bogdanoffグループ 209 |
| 3. 窒素をドープした炭素が触媒活性を有すると考えているグループ 210 |
| 3.1 日本(群馬大学)尾崎グループ 210 |
| 3.2 アメリカ(University of South Carolina)Popovグループ 211 |
| 3.3 アメリカ(The Ohio State University)Ozkanグループ 211 |
| 3.4 アメリカ(The University of Texas at Austin)Stevensonグループ 213 |
| 3.5 日本(信州大学)高須グループ 213 |
| 4. その他グループ 213 |
| 4.1 アメリカ(Los Alamos National Laboratory)Zelenayグループ 213 |
| 4.2 アメリカ3M社 214 |
| 5. おわりに 214 |
図書
