令和６年４月３０日

東北大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

高価な白金代替触媒として有望な窒素ドープカーボンの
精密な特性評価装置を開発

～安価な高性能燃料電池などの用途拡大に期待～

ポスト

ポイント

• カーボン中の窒素をｐｐｍレベルの高感度で全量測定できる超高温昇温脱離（ＴＰＤ）装置を開発しました。
• 本装置により、カーボンにドープ（添加）された窒素の全量だけでなく、その化学結合状態を高精度かつ超高感度で決定しました。
• 次世代の有望なエネルギー材料である窒素ドープカーボンの開発を加速させることが期待されます。

窒素ドープカーボンは、燃料電池の白金代替触媒や各種電池の部材として有望であり、次世代のエネルギー材料として注目されています。カーボン材料中において、ドーパント（不純物）である窒素の化学結合状態は性能に大きな影響を与えるため、精密な定性・定量分析法の確立が極めて重要です。従来の手法としてＣＨＮ元素分析法やＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）があります。しかし前者は窒素の化学結合状態を判別できず、後者は化学結合状態を分析できるものの表面近傍の情報しか得られない欠点がありました。また、両方とも分析感度は１，０００ｐｐｍ程度が限界でした。

東北大学 多元物質科学研究所の吉井 丈晴 助教と同大学 材料科学高等研究所（ＷＰＩ－ＡＩＭＲ）の西原 洋知 教授、そしてカナダ・ブリティッシュコロンビア 大学のＲｏｂｅｒｔ Ｋａｒｏｌｙ Ｓｚｉｌａｇｙｉ 准教授らからなる研究グループは、窒素ドープカーボンの新たな分析手法として、２，１００度に達する超高温ＴＰＤ法を開発しました。今回開発したＴＰＤ法は従来の手法よりも２桁高い感度を持ち、窒素を１０ｐｐｍレベルで定量することができ、材料内部に存在する窒素も精密に定性・定量分析することが可能です。

本研究成果は２０２４年４月２９日（米国東部時間）、化学分野の専門誌「Ｃｈｅｍ」に掲載されました。

本研究は、ＪＳＴ さきがけ（ＪＰＭＪＰＲ２３ＱＡ）、ＪＳＴ ＳＩＣＯＲＰ（ＪＰＭＪＳＣ２１１２）、ＪＳＴ ＣＲＥＳＴ（ＪＰＭＪＣＲ１８Ｒ３）、科学研究費補助金（ＪＰ２０Ｋ２２４５９、ＪＰ２２Ｊ２０７３５、ＪＰ２０Ｈ０２５４７、ＪＰ１８ＫＫ０３９５）、「物質・デバイス領域共同研究拠点」における「人・環境と物質をつなぐイノベーション創出ダイナミック・アライアンス」の共同研究プログラム、Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｇｒａｎｔ Ａｇｅｎｃｙ ＶＥＧＡ（０２／００２６／２３）、Ｓｌｏｖａｋ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｖ４－Ｊａｐａｎ／ＪＲＰ／２０２１／９６／ＡｔｏｍＤｅＣ）の支援を受け実施しました。

＜プレスリリース資料＞

• 本文 ＰＤＦ（７０９ＫＢ）

＜論文タイトル＞

“Quantitative and qualitative analysis of nitrogen species in carbon at the ppm level”

ＤＯＩ：10.1016/j.chempr.2024.03.029

＜お問い合わせ先＞

• ＜研究に関すること＞

  吉井 丈晴（ヨシイ タケハル）

  東北大学 多元物質科学研究所 助教
  Tel：022-217-5627
  E-mail：takeharu.yoshii.b3tohoku.ac.jp

• ＜ＪＳＴ事業に関すること＞

  安藤 裕輔（アンドウ ユウスケ）

  科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
  〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
  Tel：03-3512-3526 Fax：03-3222-2066
  E-mail：prestojst.go.jp

• ＜報道担当＞

  東北大学 材料科学高等研究所（ＷＰＩ－ＡＩＭＲ） 広報戦略室

  Tel：022-217-6146
  E-mail：aimr-outreachgrp.tohoku.ac.jp

  科学技術振興機構 広報課

  〒102-8666 東京都千代田区四番町５番地３
  Tel：03-5214-8404 Fax：03-5214-8432
  E-mail：jstkohojst.go.jp

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