JP7723385B2 - Method for producing transition metal-supported nitrogen-containing carbon material - Google Patents
Method for producing transition metal-supported nitrogen-containing carbon materialInfo
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Description
本発明は、遷移金属担持含窒素炭素材料の製造方法に関する。より詳しくは、酸素還元触媒、半導体等として好適に用いることができる遷移金属担持含窒素炭素材料の製造方法、及び、遷移金属担持含窒素炭素材料に関する。 The present invention relates to a method for producing a transition metal-supported nitrogen-containing carbon material. More specifically, the present invention relates to a method for producing a transition metal-supported nitrogen-containing carbon material that can be suitably used as an oxygen reduction catalyst, semiconductor, etc., and to the transition metal-supported nitrogen-containing carbon material.
グラフェン系炭素材料は、安価で豊富であるとともに、触媒性能や、機械的強度、電気伝導性、熱伝導性等の点で放熱材料、触媒、電極材料等の種々の用途への利用が期待され、数多くの研究開発が行われている。 Graphene-based carbon materials are inexpensive and abundant, and due to their catalytic performance, mechanical strength, electrical conductivity, and thermal conductivity, they are expected to be used in a variety of applications such as heat dissipation materials, catalysts, and electrode materials, and a great deal of research and development is being conducted on them.
例えば、グラフェン系炭素材料にマイクロ波を照射して改質する技術に関し、研究開発が行われている。
先ず、液パルスインジェクション(LPI)法で得られるカーボンナノファイバーや、かさ高い還元型酸化グラフェン(rGO)にマイクロ波を照射すると効率的に放電が起き、これによって高結晶化や欠陥密度の低下が進行することが報告されている(例えば、特許文献1、非特許文献1)。この他にも、還元型酸化グラフェンにマイクロ波を照射する方法が報告されている(例えば、非特許文献2)。
For example, research and development is being conducted on a technology for modifying graphene-based carbon materials by irradiating them with microwaves.
First, it has been reported that microwave irradiation of carbon nanofibers obtained by the liquid pulse injection (LPI) method or bulky reduced graphene oxide (rGO) efficiently induces discharge, which promotes high crystallization and a decrease in defect density (e.g., Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1). In addition, a method of irradiating reduced graphene oxide with microwaves has been reported (e.g., Non-Patent Literature 2).
またラマンスペクトルにおいてGバンドのピークを有する含窒素炭素材料に、アンモニア及び/又はアミンを含む雰囲気下でマイクロ波を照射する工程を含む低欠陥化含窒素炭素材料の製造方法が開示されている(例えば、特許文献2)。
更に、ラマンスペクトルにおいてGバンドのピークを有する炭素材料を流動化しながら、該炭素材料にマイクロ波を照射する工程を含む低欠陥化炭素材料の製造方法が開示されている(例えば、特許文献3)。
Furthermore, a method for producing a nitrogen-containing carbon material with reduced defects has been disclosed, which includes a step of irradiating a nitrogen-containing carbon material having a G-band peak in its Raman spectrum with microwaves in an atmosphere containing ammonia and/or amine (for example, Patent Document 2).
Furthermore, a method for producing a low-defect carbon material has been disclosed, which includes a step of irradiating a carbon material having a G-band peak in a Raman spectrum with microwaves while fluidizing the carbon material (for example, Patent Document 3).
グラフェン系炭素材料に遷移金属を担持させた遷移金属担持炭素材料についても、上述した種々の用途への利用が期待されている。
例えば、窒素ドープ炭素基材(N-C)に化学気相析出法(CVD)で鉄を担持させることによってFe担持触媒(Fe-N-C)を得ることができ、得られたFe担持触媒(Fe-N-C)の酸素還元(ORR)性能が向上することが示されている(例えば、非特許文献3)。
Transition metal-supported carbon materials in which a transition metal is supported on a graphene-based carbon material are also expected to be used in the various applications described above.
For example, it has been shown that an Fe-supported catalyst (Fe-N-C) can be obtained by supporting iron on a nitrogen-doped carbon substrate (N-C) by chemical vapor deposition (CVD), and that the oxygen reduction reaction (ORR) performance of the obtained Fe-supported catalyst (Fe-N-C) is improved (e.g., Non-Patent Document 3).
しかしながら、酸素還元性能により優れる新規な材料が望まれるところであった。 However, new materials with better oxygen reduction performance are desired.
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、酸素還元性能に優れる材料を得る方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in light of the above-mentioned current situation, and aims to provide a method for obtaining materials with excellent oxygen reduction performance.
本発明者らは、酸素還元性能等に優れる材料を得る方法について種々検討し、ラマンスペクトルにおいてGバンドのピークを有する含窒素炭素材料にマイクロ波を照射して改質したうえで遷移金属元素を担持させると、得られる遷移金属担持含窒素炭素材料の酸素還元性能が顕著なものとなることを見出し、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。 The inventors conducted extensive research into methods for obtaining materials with excellent oxygen reduction performance, and discovered that if a nitrogen-containing carbon material that has a G-band peak in its Raman spectrum is modified by microwave irradiation and then a transition metal element is loaded onto it, the oxygen reduction performance of the resulting transition metal-loaded nitrogen-containing carbon material becomes outstanding. This led to the realization that the above-mentioned problems could be successfully solved, and resulted in the present invention.
すなわち本発明は、ラマンスペクトルにおいてGバンドのピークを有する含窒素炭素材料にマイクロ波を照射する工程、及び、該照射する工程で得られた改質含窒素炭素材料に遷移金属元素を担持させる工程を含むことを特徴とする遷移金属担持含窒素炭素材料の製造方法である。 That is, the present invention provides a method for producing a transition metal-supported nitrogen-containing carbon material, comprising the steps of: irradiating a nitrogen-containing carbon material having a G-band peak in its Raman spectrum with microwaves; and supporting a transition metal element on the modified nitrogen-containing carbon material obtained in the irradiation step.
本発明の遷移金属担持含窒素炭素材料の製造方法により、酸素還元性能に優れる遷移金属担持含窒素炭素材料を得ることができる。 The method for producing a transition metal-supported nitrogen-containing carbon material of the present invention makes it possible to obtain a transition metal-supported nitrogen-containing carbon material with excellent oxygen reduction performance.
以下に本発明を詳述する。
なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、本発明の好ましい形態である。
The present invention will be described in detail below.
It should be noted that a combination of two or more of the individual preferred embodiments of the present invention described below is also a preferred embodiment of the present invention.
<遷移金属担持含窒素炭素材料の製造方法>
本発明の遷移金属担持含窒素炭素材料の製造方法は、ラマンスペクトルにおいてGバンドのピークを有する含窒素炭素材料にマイクロ波を照射する工程、及び、該照射する工程で得られた改質含窒素炭素材料に遷移金属元素を担持させる工程を含む。
なお、改質とは、マイクロ波を照射することにより生じた何らかの物理的又は化学的変化であればよいが、例えば低欠陥化であってもよく、表面の疎水性の向上であってもよく、これらの組み合わせであってもよい。
本明細書中、低欠陥化とは、ラマンスペクトルにおけるGバンドのピーク強度に対するDバンドのピーク強度の比(ID/IG)が減少することを言う。欠陥が少ない方が、電子がよく流れるようになり、電気伝導性がより優れるものとなるとともに、熱伝導性、潤滑性、強度、触媒性能等もより優れるものとなる。
Gバンドのピーク、Dバンドのピークについては、後述する。
表面の疎水性の向上とは、実施例で示すような単位表面積当たりの水吸着分子数が減少することを言う。
<Method of producing a transition metal-supported nitrogen-containing carbon material>
The method for producing a transition metal-supported nitrogen-containing carbon material of the present invention includes the steps of irradiating a nitrogen-containing carbon material having a G-band peak in its Raman spectrum with microwaves, and supporting a transition metal element on the modified nitrogen-containing carbon material obtained in the irradiation step.
The modification may be any physical or chemical change caused by microwave irradiation, such as reducing defects, improving the hydrophobicity of the surface, or a combination of these.
In this specification, "reducing defects" refers to a decrease in the ratio of the D band peak intensity to the G band peak intensity in a Raman spectrum ( ID / IG ). Fewer defects allow electrons to flow more easily, resulting in better electrical conductivity, as well as better thermal conductivity, lubricity, strength, catalytic performance, etc.
The G-band peak and the D-band peak will be described later.
Improving the hydrophobicity of the surface means reducing the number of water molecules adsorbed per unit surface area, as shown in the examples.
本発明の製造方法により得られる遷移金属担持含窒素炭素材料の酸素還元性能が顕著なものとなる原理は不明であるが、後述するように、マイクロ波により含窒素炭素材料の表面の疎水性が適度に向上し、電解液等の液体よりもガスである酸素が表面に吸着し易くなる結果、酸素還元反応がより促進されている可能性がある。このような作用が、遷移金属が窒素原子を介して担持されることによる酸素還元性能の向上作用と相まって、酸素還元性能が相乗的に向上すると考えられる。 The mechanism by which the oxygen reduction performance of the transition metal-supported nitrogen-containing carbon material obtained by the manufacturing method of the present invention is so remarkable is unknown, but as will be described later, it is possible that microwaves moderately improve the hydrophobicity of the surface of the nitrogen-containing carbon material, making it easier for gaseous oxygen to adsorb to the surface than for liquids such as electrolytes, thereby further promoting the oxygen reduction reaction. This effect, combined with the improved oxygen reduction performance due to the transition metal being supported via nitrogen atoms, results in a synergistic improvement in oxygen reduction performance.
本発明の遷移金属担持含窒素炭素材料の製造方法において、上記照射する工程は、アンモニア及び/又はアミンを含む雰囲気下でおこなうことが好ましい。
上記アンモニアは、気体状でそのまま用いてもよいし、水溶液(アンモニア水)としたうえで雰囲気中に噴霧する等して用いてもよいが、気体状の単体としてそのまま用いることが好ましい。
上記アミンとしては、第1級アミン、第2級アミン、第3級アミンが挙げられる。アミン化合物は、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。上記アミンも、気体状でそのまま用いてもよいし、水溶液として用いてもよいが、中でも、常温で気体のものが好ましく、例えば、メチルアミン、エチルアミン等の第1級アミン;ジメチルアミン等の第2級アミン;トリメチルアミン等の第3級アミン等が好ましい。
In the method for producing a transition metal-supported nitrogen-containing carbon material of the present invention, the irradiating step is preferably carried out in an atmosphere containing ammonia and/or an amine.
The ammonia may be used as it is in the gaseous state, or may be used by forming an aqueous solution (ammonia water) and spraying it into the atmosphere, but it is preferable to use it as it is in the gaseous state.
The amine may be a primary amine, a secondary amine, or a tertiary amine. Only one amine compound may be used, or two or more amine compounds may be used in combination. The amine may be used as it is in a gaseous state or as an aqueous solution, but among these, those that are gaseous at room temperature are preferred, for example, primary amines such as methylamine and ethylamine; secondary amines such as dimethylamine; tertiary amines such as trimethylamine, etc.
上記照射工程は、アンモニア及び/又はアミンの分圧が3×104Pa以上の雰囲気下で行われることが好ましい。該アンモニア及び/又はアミンの分圧は、4×104Pa以上であることがより好ましく、5×104Pa以上であることが更に好ましい。アンモニア及び/又はアミンの分圧は、その上限は特に限定されないが、通常は1×106Pa以下である。
また上記雰囲気中の全圧に対する、アンモニア及び/又はアミンの分圧の比が0.3以上であることが好ましく、0.4以上であることがより好ましく、0.5以上であることが更に好ましい。なお、該分圧の比は、その上限は特に限定されず、1以下であればよい。
なお、上記アンモニア及び/又はアミンの分圧は、アンモニアとアミンとを併用する場合は、アンモニアとアミンの合計の分圧である。
The irradiation step is preferably carried out in an atmosphere in which the partial pressure of ammonia and/or amine is 3×10 4 Pa or more. The partial pressure of ammonia and/or amine is more preferably 4×10 4 Pa or more, and even more preferably 5×10 4 Pa or more. There is no particular upper limit to the partial pressure of ammonia and/or amine, but it is usually 1×10 6 Pa or less.
The ratio of the partial pressure of ammonia and/or amine to the total pressure in the atmosphere is preferably 0.3 or more, more preferably 0.4 or more, and even more preferably 0.5 or more. There is no upper limit to the partial pressure ratio, and it is sufficient if it is 1 or less.
When ammonia and an amine are used in combination, the partial pressure of the ammonia and/or amine is the total partial pressure of the ammonia and the amine.
上記照射工程は、アンモニア及び/又はアミンを反応系に流通させながらおこなうこともまた本発明における好ましい実施形態の1つである。アンモニア及び/又はアミンの流量は、例えば、10~1000mL/minとすることができる。 In another preferred embodiment of the present invention, the irradiation step is carried out while circulating ammonia and/or amine through the reaction system. The flow rate of the ammonia and/or amine can be, for example, 10 to 1,000 mL/min.
上記照射工程における雰囲気は、アンモニア及び/又はアミン以外の成分としては、例えば酸素等の活性ガス、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスとすることができる。中でも、不活性ガスが好ましい。
なお、上記照射工程は、例えばマイクロ波照射装置に石英管等の試験管(管型反応器)を挿入し、試験管に原料である含窒素炭素材料を入れ、試験管にアンモニア及び/又はアミンを流しながら行うことができる(例えば、図2参照。)。
The atmosphere in the irradiation step may contain, as components other than ammonia and/or amine, active gases such as oxygen, and inert gases such as nitrogen, helium, argon, etc. Among these, inert gases are preferred.
The irradiation step can be carried out by inserting a test tube (tubular reactor) such as a quartz tube into a microwave irradiation device, placing the nitrogen-containing carbonaceous material as the raw material into the test tube, and flowing ammonia and/or amine into the test tube (see, for example, FIG. 2).
本発明の製造方法において、上記照射工程で照射されるマイクロ波は、波長が100μm~1mの範囲内の電磁波である。
上記マイクロ波の周波数は、例えば300MHz~300GHzの範囲内であることが好ましく、500MHz~50GHzの範囲内であることがより好ましく、900MHz~25GHzの範囲内であることが更に好ましい。
In the production method of the present invention, the microwaves irradiated in the irradiation step are electromagnetic waves having a wavelength in the range of 100 μm to 1 m.
The frequency of the microwaves is preferably within the range of 300 MHz to 300 GHz, more preferably within the range of 500 MHz to 50 GHz, and even more preferably within the range of 900 MHz to 25 GHz.
上記マイクロ波の照射温度は、例えば-50℃以上であることが好ましく、0℃以上であることがより好ましい。また、該照射温度は、1000℃以下であることが好ましく、500℃以下であることがより好ましい。
なお、該照射温度は、マイクロ波の照射を行う際の雰囲気の温度であり、マイクロ波の照射開始時の温度が上記温度であることが好ましい。
上記マイクロ波の照射時間は、例えば10秒以上であることが好ましく、30秒以上であることがより好ましく、60秒以上であることが更に好ましく、酸素還元活性をより向上する観点からは、180秒以上であることが一層好ましく、240秒以上であることが特に好ましい。該照射時間は、120分以下であることが好ましく、90分以下であることがより好ましく、60分以下であることが更に好ましい。
The microwave irradiation temperature is, for example, preferably −50° C. or higher, and more preferably 0° C. or higher. The irradiation temperature is preferably 1000° C. or lower, and more preferably 500° C. or lower.
The irradiation temperature is the temperature of the atmosphere when microwave irradiation is carried out, and it is preferable that the temperature at the start of microwave irradiation is the above temperature.
The microwave irradiation time is, for example, preferably 10 seconds or more, more preferably 30 seconds or more, and even more preferably 60 seconds or more, and from the viewpoint of further improving the oxygen reduction activity, is even more preferably 180 seconds or more, and particularly preferably 240 seconds or more. The irradiation time is preferably 120 minutes or less, more preferably 90 minutes or less, and even more preferably 60 minutes or less.
なお、本発明の製造方法において、上記照射工程においてマイクロ波を照射される含窒素炭素材料は、ガス流れにより流動化されていても構わない。
炭素材料を流動化させるためのガスは、特に限定されず、例えば上述したアンモニア及び/又はアミンであってもよく、酸素等の活性ガス、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスであってもよい。
In the production method of the present invention, the nitrogen-containing carbonaceous material to be irradiated with microwaves in the irradiation step may be fluidized by a gas flow.
The gas for fluidizing the carbon material is not particularly limited, and may be, for example, the above-mentioned ammonia and/or amine, an active gas such as oxygen, or an inert gas such as nitrogen, helium, or argon.
本発明の製造方法において、上記照射工程においてマイクロ波を照射される含窒素炭素材料がラマンスペクトルにおいて有するGバンドのピークは、炭素原子で構成される連続した6員環構造に由来する、ラマンシフト1550~1620cm-1のピークである。
なお、Dバンドのピークは、構造の乱れと欠陥に由来する、ラマンシフト1270~1450cm-1のピークである。
In the production method of the present invention, the G band peak in the Raman spectrum of the nitrogen-containing carbonaceous material irradiated with microwaves in the irradiation step is a peak at a Raman shift of 1550 to 1620 cm −1 , which is derived from a continuous six-membered ring structure composed of carbon atoms.
The D band peak is a peak at a Raman shift of 1270 to 1450 cm −1 that is derived from structural disorder and defects.
本明細書中、所定のラマンシフトの範囲のピークとは、ベースラインに対して当該ラマンシフトの範囲内にピークトップが明確に観測されるものであればよい。例えば、Gバンドであれば1550~1620cm-1の範囲内に明確なピークトップが存在するということである。なお、ピークトップは1550~1620cm-1の範囲内に無いがピークのショルダーがその範囲内にかかっているというだけでは、ラマンシフト1550~1620cm-1のピークとは言わない。
なお、本明細書中、ラマンスペクトルは、実施例に記載の方法で測定されるものである。
In this specification, a peak in a predetermined Raman shift range is one whose peak top is clearly observed within that Raman shift range relative to the baseline. For example, in the case of the G band, this means that a clear peak top exists within the range of 1550 to 1620 cm . Note that a peak whose top is not within the range of 1550 to 1620 cm but whose shoulder is within that range is not considered to be a peak with a Raman shift of 1550 to 1620 cm .
In this specification, the Raman spectrum is measured by the method described in the Examples.
上記照射工程においてマイクロ波を照射される含窒素炭素材料は、ラマンスペクトルにおいてGバンドのピークを有する含窒素炭素材料であればよく、例えば窒素ドープ酸化黒鉛、窒素ドープ炭素繊維、窒素ドープカーボンナノファイバー、窒素ドープカーボンナノチューブ等が挙げられ、これらの1種又は2種以上を使用できる。 The nitrogen-containing carbon material to be irradiated with microwaves in the above-mentioned irradiation step may be any nitrogen-containing carbon material that has a G-band peak in its Raman spectrum. Examples include nitrogen-doped graphite oxide, nitrogen-doped carbon fiber, nitrogen-doped carbon nanofiber, and nitrogen-doped carbon nanotube, and one or more of these may be used.
上記窒素ドープ酸化黒鉛は、酸化黒鉛に窒素原子をドープして得られるものであり、その積層数は特に限定されないが、例えば炭素原子1層のみからなるシートであるか、又は、2層~100層積層した構造を有するものが好ましい。このような積層数のものを窒素ドープ酸化グラフェンとも言う。中でも、積層数が20層以下であることがより好ましい。 The nitrogen-doped graphite oxide is obtained by doping graphite oxide with nitrogen atoms. There is no particular limit to the number of layers, but it is preferably a sheet consisting of only one layer of carbon atoms, or a structure with 2 to 100 layers. Graphene with such a number of layers is also called nitrogen-doped graphene oxide. It is more preferable that the number of layers be 20 or less.
上記窒素ドープ炭素繊維は、炭素繊維に窒素原子をドープして得られる構造をもつものである。炭素繊維は、炭素原子が構成する六角網目構造が直線状(ファイバー状)に連なった構造を有し、直径が100nmを超えるものである。
上記窒素ドープカーボンナノファイバーは、カーボンナノファイバーに窒素原子をドープして得られる構造をもつものである。カーボンナノファイバーは、炭素原子が構成する六角網目構造が直線状(ファイバー状)に連なった構造を有し、直径が1~100nmであるものである。
The nitrogen-doped carbon fiber has a structure obtained by doping a carbon fiber with nitrogen atoms. The carbon fiber has a structure in which a hexagonal network structure made up of carbon atoms is connected in a linear (fibrous) shape and has a diameter of more than 100 nm.
The nitrogen-doped carbon nanofibers are carbon nanofibers doped with nitrogen atoms, and have a structure in which hexagonal networks of carbon atoms are connected in a linear (fibrous) pattern, with a diameter of 1 to 100 nm.
窒素ドープカーボンナノチューブは、カーボンナノチューブに窒素原子をドープした構造をもつものである。カーボンナノチューブは、炭素原子が構成する六角網目構造が円筒状(チューブ状)に連なった構造を有するものであり、単層カーボンナノチューブであってもよく、多層カーボンナノチューブであってもよい。 Nitrogen-doped carbon nanotubes are carbon nanotubes doped with nitrogen atoms. Carbon nanotubes have a cylindrical (tubular) structure in which a hexagonal network structure made up of carbon atoms is connected, and may be single-walled or multi-walled carbon nanotubes.
上記照射工程においてマイクロ波を照射される含窒素炭素材料は、酸化黒鉛が混合及び/又は吸着されたものであるか、及び/又は、窒素ドープ酸化黒鉛を含むことが好ましい。
上記含窒素炭素材料に混合及び/又は吸着された酸化黒鉛とは、それ自体は実質的に窒素原子を有さないものをいう。当該含窒素炭素材料が、酸化黒鉛が混合及び/又は吸着されたものであるとは、例えば、窒素ドープ酸化黒鉛以外の含窒素炭素材料に、酸化黒鉛を混合(吸着)させた材料を構成するものが挙げられる。酸化黒鉛はsp2炭素を多く保有しているため、含窒素炭素材料に混合(吸着)させて用いることで電子伝導性を上げ、性能向上に寄与する可能性がある。
含窒素炭素材料に、酸化黒鉛を混合及び/又は吸着させる場合、含窒素炭素材料と酸化黒鉛との質量比は、特に限定されないが、例えば1000:1~1:1000であることが好ましく、500:1~1:500であることがより好ましく、100:1~1:100であることが更に好ましく、50:1~1:50であることが特に好ましい。
The nitrogen-containing carbon material to be irradiated with microwaves in the irradiation step preferably has graphite oxide mixed therein and/or adsorbed thereon, and/or contains nitrogen-doped graphite oxide.
The graphite oxide mixed with and/or adsorbed on the nitrogen-containing carbon material refers to a material that does not substantially contain nitrogen atoms itself. The nitrogen-containing carbon material to which graphite oxide is mixed and/or adsorbed includes, for example, a material in which graphite oxide is mixed (adsorbed) on a nitrogen-containing carbon material other than nitrogen-doped graphite oxide. Because graphite oxide contains a large amount of sp2 carbon, mixing (adsorbing) it on a nitrogen-containing carbon material can increase electronic conductivity and potentially contribute to improved performance.
When graphite oxide is mixed with and/or adsorbed onto a nitrogen-containing carbon material, the mass ratio of the nitrogen-containing carbon material to graphite oxide is not particularly limited, but is, for example, preferably 1000:1 to 1:1000, more preferably 500:1 to 1:500, even more preferably 100:1 to 1:100, and particularly preferably 50:1 to 1:50.
上記窒素ドープ酸化黒鉛は、sp2炭素を多く保有しているため、性能向上に寄与すると考えられる。上記窒素ドープ酸化黒鉛は、窒素ドープ還元型酸化黒鉛であることが好ましい。
なお、酸化黒鉛は、Hummers法における酸化方法を採用した、黒鉛と硫酸とを含む混合液に過マンガン酸塩を添加する工程を含む方法等により適宜得ることができる。
The nitrogen-doped graphite oxide contains a large amount of sp2 carbon, which is thought to contribute to improved performance. The nitrogen-doped graphite oxide is preferably nitrogen-doped reduced graphite oxide.
The graphite oxide can be suitably obtained by a method that employs the oxidation method in the Hummers process and includes a step of adding permanganate to a mixed liquid containing graphite and sulfuric acid.
上記照射工程においてマイクロ波を照射される含窒素炭素材料は、XPS分析で検出される全元素の総和100原子%中、窒素量が1原子%以上であることが好ましく、1.5原子%以上であることがより好ましい。また、該窒素量が20原子%以下であることが好ましく、10原子%以下であることがより好ましい。
また上記含窒素炭素材料は、XPS分析で検出される全元素の総和100原子%中、酸素量が20原子%以下であることが好ましく、19原子%以下であることがより好ましく、18原子%以下であることが更に好ましく、17原子%以下であることが特に好ましい。
The nitrogen-containing carbon material to be irradiated with microwaves in the irradiation step preferably has a nitrogen content of 1 atomic % or more, more preferably 1.5 atomic % or more, based on 100 atomic % of the total of all elements detected by XPS analysis, and preferably has a nitrogen content of 20 atomic % or less, more preferably 10 atomic % or less.
Furthermore, the nitrogen-containing carbon material preferably has an oxygen content of 20 atomic % or less, more preferably 19 atomic % or less, even more preferably 18 atomic % or less, and particularly preferably 17 atomic % or less, based on 100 atomic % of the total of all elements detected by XPS analysis.
上記含窒素炭素材料は、更に、硫黄含有基等の官能基を有していてもよいが、XPS分析で検出される全元素の総和100原子%中、炭素、水素、酸素、及び、窒素以外の元素量が3原子%以下であることが好ましく、1原子%以下であることがより好ましく、含窒素炭素材料が炭素、水素、酸素、及び、窒素のみを構成元素とするものであることが更に好ましい。
上記XPS分析は、X線源Mg-Kα、パスエネルギー10eVの条件下で行われるものである。
The nitrogen-containing carbon material may further have a functional group such as a sulfur-containing group. However, the amount of elements other than carbon, hydrogen, oxygen, and nitrogen is preferably 3 atomic % or less, more preferably 1 atomic % or less, relative to 100 atomic % of the total of all elements detected by XPS analysis. It is even more preferable that the nitrogen-containing carbon material contains only carbon, hydrogen, oxygen, and nitrogen as constituent elements.
The XPS analysis is carried out under the conditions of an X-ray source of Mg-Kα and a pass energy of 10 eV.
上記照射工程においてマイクロ波を照射される含窒素炭素材料は、粒径範囲が0.01mm以上、2.4mm以下であることが好ましい。
上記粒径範囲は、0.02mm以上、2.0mm以下であることがより好ましく、0.05mm以上、1.5mm以下であることが更に好ましく、0.1mm以上、1.0mm以下であることが特に好ましい。
上記粒径範囲の含窒素炭素材料は、例えば、目開きが上記粒径範囲内にあるふるいを用いた分級操作によって得ることができる。
また上記含窒素炭素材料の平均粒径が上記好ましい粒径範囲内であることもまた好ましい。例えば、本発明の製造方法において、上記照射工程においてマイクロ波を照射される含窒素炭素材料は、平均粒径が0.01mm以上、2.4mm以下であることが好ましい。平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置により測定した体積基準の平均粒径である。
The nitrogen-containing carbonaceous material to be irradiated with microwaves in the irradiation step preferably has a particle size in the range of 0.01 mm or more and 2.4 mm or less.
The particle size range is more preferably 0.02 mm or more and 2.0 mm or less, even more preferably 0.05 mm or more and 1.5 mm or less, and particularly preferably 0.1 mm or more and 1.0 mm or less.
The nitrogen-containing carbon material having a particle size within the above range can be obtained, for example, by a classification operation using a sieve having openings within the above particle size range.
It is also preferable that the average particle size of the nitrogen-containing carbonaceous material be within the above-mentioned preferred particle size range. For example, in the production method of the present invention, the nitrogen-containing carbonaceous material to be irradiated with microwaves in the irradiation step preferably has an average particle size of 0.01 mm or more and 2.4 mm or less. The average particle size is a volume-based average particle size measured with a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer.
上記含窒素炭素材料は、マイクロ波を照射される際に、その他の成分との混合物であってもよいが、混合物中、含窒素炭素材料の含有割合が90質量%以上であることが好ましく、95質量%以上であることがより好ましく、99質量%以上であることが更に好ましく、実質的に含窒素炭素材料からなるものであることが特に好ましい。 The nitrogen-containing carbon material may be a mixture with other components when irradiated with microwaves, but the nitrogen-containing carbon material content in the mixture is preferably 90% by mass or more, more preferably 95% by mass or more, and even more preferably 99% by mass or more, and it is particularly preferable for the mixture to consist essentially of nitrogen-containing carbon material.
炭素材料に窒素原子をドープして含窒素炭素材料とすることは、炭素材料にアンモニア水を添加して水熱処理を行ったり、炭素材料をアンモニア及び/又はアミン含有ガス流通下で焼成したり、これらの方法の組み合わせ(例えば、炭素材料を水熱処理後、焼成する等)により行うことができる。窒素原子をドープする炭素材料としては、酸化黒鉛、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ等が挙げられるが、例えば酸化黒鉛が好ましい。なお、窒素原子をドープする炭素材料として用いられる酸化黒鉛は、還元型酸化黒鉛であってもよく、窒素原子をドープする際に還元されて窒素ドープ還元型酸化黒鉛となるものであってもよい。
なお、窒素原子をドープする炭素材料として酸化黒鉛を用いる場合、窒素原子をドープした後に、更に還元を進行させるために、窒素等の不活性ガス流通下で焼成しても良い。
窒素原子をドープする炭素材料として還元型酸化黒鉛を用いる場合、還元型酸化黒鉛は、酸化黒鉛を、液相還元、気相還元等で還元することにより適宜得ることができる。
Doping a carbon material with nitrogen atoms to form a nitrogen-containing carbon material can be performed by adding ammonia water to the carbon material and performing a hydrothermal treatment, by calcining the carbon material under a flow of ammonia and/or amine-containing gas, or by a combination of these methods (e.g., by hydrothermally treating the carbon material and then calcining it). Examples of carbon materials to be doped with nitrogen atoms include graphite oxide, carbon nanofibers, and carbon nanotubes, with graphite oxide being preferred. Note that the graphite oxide used as the carbon material to be doped with nitrogen atoms may be reduced graphite oxide, or may be one that is reduced when doped with nitrogen atoms to become nitrogen-doped reduced graphite oxide.
When graphite oxide is used as the carbon material to be doped with nitrogen atoms, after doping with nitrogen atoms, the carbon material may be calcined under a flow of an inert gas such as nitrogen in order to further promote reduction.
When reduced graphite oxide is used as the carbon material to be doped with nitrogen atoms, the reduced graphite oxide can be obtained by reducing graphite oxide by liquid phase reduction, gas phase reduction, or the like.
上記水熱処理の温度は、例えば80~250℃とすることができる。該温度は、140~220℃であることが好ましい。また、上記水熱処理の時間は、例えば1~60時間とすることが好ましく、2~18時間とすることがより好ましい。
上記焼成の温度は、例えば200~1000℃とすることができる。該焼成の温度は、300~800℃であることが好ましい。また、上記焼成の時間は、例えば10分~10時間とすることが好ましく、30分~5時間とすることがより好ましい。
The temperature of the hydrothermal treatment can be, for example, 80 to 250° C. The temperature is preferably 140 to 220° C. The time of the hydrothermal treatment is, for example, preferably 1 to 60 hours, and more preferably 2 to 18 hours.
The baking temperature can be, for example, 200 to 1000° C. The baking temperature is preferably 300 to 800° C. The baking time is, for example, preferably 10 minutes to 10 hours, and more preferably 30 minutes to 5 hours.
上記照射する工程で得られた改質含窒素炭素材料は、ラマンスペクトルにおけるGバンドのピーク強度に対するDバンドのピーク強度の比(ID/IG)が2.0以下であることが好ましく、1.8以下であることがより好ましく、1.6以下であることが更に好ましい。該ピーク強度の比(ID/IG)の絶対値は、その下限値は特に限定されず、0であってもよい。
また上記照射する工程により、改質含窒素炭素材料の上記ピーク強度の比(ID/IG)が原料の含窒素炭素材料のID/IGと比べて0.05以上減少することが好ましく、0.1以上減少することがより好ましく、0.3以上減少することが更に好ましい。ID/IGの減少量は、その上限値は特に限定されないが、通常2以下である。
上記ピーク強度の比(ID/IG)は、実施例に記載の方法で測定することができる。
The modified nitrogen-containing carbon material obtained by the above-mentioned irradiating step preferably has a ratio of the peak intensity of the D band to the peak intensity of the G band in the Raman spectrum (I D /I G ) of 2.0 or less, more preferably 1.8 or less, and even more preferably 1.6 or less. The absolute value of the peak intensity ratio (I D /I G ) has no particular lower limit and may be 0.
Furthermore, the irradiation step preferably reduces the peak intensity ratio ( I / I ) of the modified nitrogen-containing carbonaceous material by 0.05 or more, more preferably by 0.1 or more, and even more preferably by 0.3 or more, compared to the I /I ratio of the starting nitrogen-containing carbonaceous material. The upper limit of the reduction in I / I is not particularly limited, but is usually 2 or less.
The peak intensity ratio (I D /I G ) can be measured by the method described in the Examples.
本発明の製造方法は、上記照射する工程で得られた改質含窒素炭素材料に遷移金属元素を担持させる工程を含む。
上記担持工程としては、化学気相析出法(CVD)等による、原料である改質含窒素炭素材料と遷移金属元素含有成分とを非接触状態で配置しておこなう方法、これら原料を溶媒に溶解して接触させたうえでおこなう方法等が挙げられ、中でも、化学気相析出法によるものが好ましい。
本明細書中、遷移金属元素を担持させるとは、(改質)含窒素炭素材料の表面に、遷移金属元素が付着している状態にさせるものであればよく、例えば、共有結合、イオン結合、配位結合を介して化学的に結合させるものであっても、分子間力によって物理的に吸着させるものであってもよい。
The production method of the present invention includes a step of supporting a transition metal element on the modified nitrogen-containing carbonaceous material obtained in the above-mentioned irradiating step.
Examples of the supporting step include a method using chemical vapor deposition (CVD) or the like in which the raw materials, the modified nitrogen-containing carbon material, and the transition metal element-containing component, are placed in a non-contact state, and a method in which the raw materials are dissolved in a solvent and brought into contact with each other, and among these, the chemical vapor deposition method is preferred.
In this specification, "supporting a transition metal element" means that the transition metal element is attached to the surface of the (modified) nitrogen-containing carbon material, and may be, for example, chemically bonded via a covalent bond, an ionic bond or a coordinate bond, or physically adsorbed by an intermolecular force.
上記担持工程の温度は、例えば200~1000℃とすることができる。該温度は、300~900℃であることが好ましく、500~850℃であることがより好ましい。また、上記担持工程の時間は、例えば30分~60時間とすることが好ましく、1~30時間とすることがより好ましく、2~18時間とすることが更に好ましい。
上記担持工程は、空気中でおこなってもよく、酸素等の活性ガスの存在下(流通下)でおこなってもよく、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスの存在下でおこなってもよいが、不活性ガスの存在下でおこなうことが好ましい。
また上記担持工程は、加圧下でおこなってもよく、常圧下でおこなってもよく、減圧下でおこなってもよい。
The temperature in the loading step can be, for example, 200 to 1000° C. The temperature is preferably 300 to 900° C., and more preferably 500 to 850° C. The time for the loading step is, for example, preferably 30 minutes to 60 hours, more preferably 1 to 30 hours, and even more preferably 2 to 18 hours.
The above-mentioned supporting step may be carried out in air, in the presence (under flow) of an active gas such as oxygen, or in the presence of an inert gas such as nitrogen, helium, or argon, but is preferably carried out in the presence of an inert gas.
The above-mentioned supporting step may be carried out under increased pressure, normal pressure, or reduced pressure.
上記担持工程における遷移金属元素は、その種類は特に限定されないが、例えばマンガン、鉄、コバルト、及び、ニッケルからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、鉄及び/又はコバルトであることがより好ましく、鉄であることが更に好ましい。
原料である遷移金属元素含有成分としては、上記遷移金属元素の単体、酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、ハロゲン化物、アンモニウム塩、シュウ酸塩、アルコキシド等を使用でき、中でも硫酸塩、硝酸塩、ハロゲン化物が好ましく、ハロゲン化物がより好ましく、塩化物、臭化物が更に好ましい。
上記担持工程において、原料を溶媒に溶解して接触させる場合、溶媒としては、水や原料を溶解することが可能な有機溶剤を使用できる。必要に応じて塩酸、硫酸等の酸を使用してもよい。
上記担持工程において、原料である改質含窒素炭素材料と遷移金属元素含有成分の質量比は、100:1~1:10であることが好ましく、50:1~1:1であることがより好ましく、40:1~3:1であることが更に好ましく、30:1~5:1であることが特に好ましい。
The type of transition metal element in the above-mentioned supporting step is not particularly limited, but is preferably at least one selected from the group consisting of manganese, iron, cobalt, and nickel, more preferably iron and/or cobalt, and even more preferably iron.
As the transition metal element-containing component as a raw material, simple substances, oxides, hydroxides, oxyhydroxides, carbonates, sulfates, nitrates, acetates, halides, ammonium salts, oxalates, alkoxides, etc. of the transition metal elements can be used, and among these, sulfates, nitrates, and halides are preferred, halides are more preferred, and chlorides and bromides are even more preferred.
In the above-mentioned supporting step, when the raw material is dissolved in a solvent and contacted, the solvent can be water or an organic solvent capable of dissolving the raw material. If necessary, an acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid can be used.
In the supporting step, the mass ratio of the modified nitrogen-containing carbonaceous material as the raw material to the transition metal element-containing component is preferably 100:1 to 1:10, more preferably 50:1 to 1:1, even more preferably 40:1 to 3:1, and particularly preferably 30:1 to 5:1.
なお、本発明の製造方法により得られた遷移金属担持含窒素炭素材料の酸洗や水洗、乾燥等を適宜行うことができる。 The transition metal-supported nitrogen-containing carbonaceous material obtained by the manufacturing method of the present invention can be subjected to acid washing, water washing, drying, etc. as appropriate.
本発明の製造方法により得られた遷移金属担持含窒素炭素材料は、BET比表面積が100m2/g以上であることが好ましく、150m2/g以上であることがより好ましく、200m2/g以上であることが更に好ましい。該BET比表面積は、その上限値は特に限定されないが、通常は1500m2/g以下である。
上記BET比表面積は、実施例に記載の方法で測定することができる。
The transition metal-supported nitrogen-containing carbon material obtained by the production method of the present invention preferably has a BET specific surface area of 100 m 2 /g or more, more preferably 150 m 2 /g or more, and even more preferably 200 m 2 /g or more. There is no particular upper limit to the BET specific surface area, but it is usually 1500 m 2 /g or less.
The BET specific surface area can be measured by the method described in the Examples.
本発明の製造方法により得られた遷移金属担持含窒素炭素材料は、水素電極(RHE)に対する電位0.7Vでの遷移金属の含有量(質量%)で規格化した電流密度の絶対値が0.01mA/(cm2・wt%-Fe)以上であることが好ましく、0.1mA/(cm2・wt%-Fe)以上であることがより好ましく、1.0mA/(cm2・wt%-Fe)以上であることが更に好ましく、2.0mA/(cm2・wt%-Fe)以上であることが特に好ましい。該電流密度の絶対値は、その上限値は特に限定されないが、通常は10mA/(cm2・wt%-Fe)以下である。
上記電流密度は、実施例に記載の方法で測定することができる。
The transition metal-supported nitrogen-containing carbon material obtained by the production method of the present invention preferably has an absolute current density normalized by the transition metal content (mass%) at a potential of 0.7 V relative to a hydrogen electrode (RHE) of 0.01 mA/( cm2 ·wt%-Fe) or more, more preferably 0.1 mA/( cm2 ·wt%-Fe) or more, even more preferably 1.0 mA/( cm2 ·wt%-Fe) or more, and particularly preferably 2.0 mA/( cm2 ·wt%-Fe) or more. There is no particular upper limit to the absolute value of the current density, but it is usually 10 mA/( cm2 ·wt%-Fe) or less.
The current density can be measured by the method described in the Examples.
本発明の製造方法により得られた遷移金属担持含窒素炭素材料は、ピリジン型窒素含有量を充分に維持しながら、表面積の変化が充分に抑制されたものであり、酸素還元反応活性に非常に優れ、酸素還元触媒等の触媒、半導体等として有用である。
中でも、上記遷移金属担持含窒素炭素材料は、酸素還元触媒に用いられるものであることが好ましい。
The transition metal-supported nitrogen-containing carbon material obtained by the production method of the present invention has a sufficiently suppressed change in surface area while sufficiently maintaining the pyridine-type nitrogen content, and has excellent oxygen reduction reaction activity, making it useful as a catalyst such as an oxygen reduction catalyst, a semiconductor, etc.
Among these, the transition metal-supported nitrogen-containing carbon material is preferably one used for an oxygen reduction catalyst.
<遷移金属担持含窒素炭素材料>
本発明はまた、遷移金属担持含窒素炭素材料を温度473K、圧力0.01Pa以下で180分間真空排気して得られた前処理品の、温度298K、相対湿度25%RHにおける単位表面積当たりの水の吸着分子数が0.8nm-2以下であることを特徴とする遷移金属担持含窒素炭素材料である。
上記水の吸着分子数は、0.7nm-2以下であることが好ましく、0.65nm-2以下であることがより好ましく、0.6nm-2以下であることが更に好ましい。
また上記水の吸着分子数は、0.1nm-2以上であることが好ましく、0.2nm-2以上であることがより好ましく、0.4nm-2以上であることが更に好ましい。これにより、酸素還元性能により優れる。
なお、上述した試料の前処理条件・測定条件下であれば、水の吸着分子数の測定値は実質的に変動せず、一義的に定まると言える。
<Transition metal-supported nitrogen-containing carbon material>
The present invention also relates to a transition metal-supported, nitrogen-containing carbon material, characterized in that a pretreated product obtained by evacuating a transition metal-supported, nitrogen-containing carbon material at a temperature of 473 K and a pressure of 0.01 Pa or less for 180 minutes has a number of adsorbed water molecules per unit surface area of 0.8 nm or less at a temperature of 298 K and a relative humidity of 25% RH.
The number of water molecules adsorbed is preferably 0.7 nm −2 or less, more preferably 0.65 nm −2 or less, and even more preferably 0.6 nm −2 or less.
The number of adsorbed water molecules is preferably 0.1 nm −2 or more, more preferably 0.2 nm −2 or more, and even more preferably 0.4 nm −2 or more, thereby providing better oxygen reduction performance.
It can be said that, under the above-mentioned sample pretreatment and measurement conditions, the measured value of the number of adsorbed water molecules does not substantially fluctuate and is uniquely determined.
本発明の遷移金属担持含窒素炭素材料は、遷移金属担持含窒素炭素材料中、遷移金属元素の含有割合が0.01質量%以上であることが好ましく、0.05質量%以上であることがより好ましい。
本発明の遷移金属担持含窒素炭素材料は、上記遷移金属元素の含有割合が5質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。
上記遷移金属元素の含有割合は、実施例に記載のICP発光分光分析法で測定することができる。
The transition metal-supported nitrogen-containing carbon material of the present invention preferably has a transition metal element content of 0.01 mass % or more, more preferably 0.05 mass % or more.
The transition metal-supporting nitrogen-containing carbon material of the present invention preferably has a transition metal element content of 5 mass % or less, more preferably 1 mass % or less.
The content of the transition metal element can be measured by ICP emission spectroscopy described in the examples.
本発明の遷移金属担持含窒素炭素材料は、上述した本発明の製造方法により好適に得ることができる。 The transition metal-supported nitrogen-containing carbon material of the present invention can be suitably obtained by the manufacturing method of the present invention described above.
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。 The present invention will be explained in more detail below with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, "parts" means "parts by mass" and "%" means "% by mass."
下記実施例及び比較例においては、次のようにして分析し、評価を行った。
<BET比表面積の測定方法>
自動比表面積計(BELSORP-miniII、マイクロトラック・ベル株式会社製)を用い、吸着ガスとして窒素を用いてBET比表面積を測定した。各試料は、吸着測定前に窒素気流下で250℃、4時間前処理を行った。
In the following examples and comparative examples, the analyses and evaluations were carried out as follows.
<Method for measuring BET specific surface area>
The BET specific surface area was measured using an automatic specific surface area meter (BELSORP-mini II, manufactured by Microtrac-Bell Co., Ltd.) and nitrogen as the adsorption gas. Each sample was pretreated at 250°C for 4 hours under a nitrogen stream before the adsorption measurement.
<低欠陥化の進行度合いの評価>
Cancado, L. G. et al., App. Phys. Lett. 88.16 (2006) 163106-163106に記載の方法に沿って、試料の低欠陥化の進行度合いをラマン分光測定により評価した。
<Evaluation of the progress of defect reduction>
The degree of defect reduction in the sample was evaluated by Raman spectroscopy according to the method described in Cancado, LG et al., App. Phys. Lett. 88.16 (2006) 163106-163106.
<ICP発光分光分析法(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy:ICP-AES)>
TFM分解容器に試料と濃硝酸と過酸化水素水を入れ、マイクロ波試料前処理装置(ETHОS Оne、マイルストーンゼネラル株式会社製)を用いて処置した後、35%塩酸を加えて超純水で希釈した液を濾過し、その濾液をマルチタイプICP発光分光分析装置(ICPE-9000、島津製作所製)により分析した。
<ICP Atomic Emission Spectroscopy (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy: ICP-AES)>
The sample, concentrated nitric acid, and hydrogen peroxide solution were placed in a TFM decomposition vessel and treated using a microwave sample pretreatment device (ETHOS One, manufactured by Milestone General Co., Ltd.). After that, 35% hydrochloric acid was added and the solution was diluted with ultrapure water. The solution was filtered, and the filtrate was analyzed using a multi-type ICP optical emission spectrometer (ICPE-9000, manufactured by Shimadzu Corporation).
<窒素ドープ炭素基材(N-C)の作製>
(調製例1〔窒素ドープ還元型酸化黒鉛NrGO-1の調製〕)
特開2021-006497号公報に記載の調製例2の方法で調製し、粒子サイズを0.6mmから1.0mmの範囲に分級した還元型酸化黒鉛rGO-1(液相還元品、試料重量:500mg)を、NH3流通下(NH3ガス流量:40mL/min)、800℃で100分間処理して窒素ドープし、窒素ドープ還元型酸化黒鉛NrGO-1を得た(図1)。
<Preparation of nitrogen-doped carbon substrate (NC)>
(Preparation Example 1 [Preparation of nitrogen-doped reduced graphite oxide NrGO-1])
Reduced graphite oxide rGO-1 (liquid-phase reduced product, sample weight: 500 mg) prepared by the method of Preparation Example 2 described in JP 2021-006497 A and classified to a particle size range of 0.6 mm to 1.0 mm was nitrogen-doped by treating it at 800°C for 100 minutes in a NH 3 flow (NH 3 gas flow rate: 40 mL/min) to obtain nitrogen-doped reduced graphite NrGO-1 (Figure 1).
(調製例2〔改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-1の調製〕)
石英管である試験管(管型反応器)に窒素ドープ還元型酸化黒鉛NrGO-1(試料重量:350mg)を入れ、試験管の一端から他端に向けてNH3ガスを流通させながら(NH3ガス流量:15mL/min)、電子レンジを用いて設定出力700Wで5分間マイクロ波を照射し、改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-1を得た(図2)。
(Preparation Example 2 [Preparation of Modified Nitrogen-Doped Reduced Graphite Oxide MW-NrGO-1])
Nitrogen-doped reduced graphite oxide NrGO-1 (sample weight: 350 mg) was placed in a quartz test tube (tubular reactor). While NH3 gas was passed from one end of the test tube to the other ( NH3 gas flow rate: 15 mL/min), microwave irradiation was performed using a microwave oven set to an output of 700 W for 5 minutes to obtain modified nitrogen-doped reduced graphite oxide MW-NrGO-1 (Figure 2).
(調製例3〔窒素ドープ還元型酸化黒鉛NrGO-2の調製〕)
酸化グラフェン(GO)水分散体(不揮発分2.8質量%)20gと、25質量%アンモニア水溶液12gと水8gを混合して得られた不揮発分1.4質量%の水溶液をテフロン(登録商標)製の容器に収容し、180℃で12時間加熱して水熱処理した。
水熱処理後に得られた固体を容器に入れ、第3級ブチルアルコール(TBA)を加えた後、50℃の恒温振盪槽を用いて12時間加温した。冷却して固液分離操作を行った後、新しいTBAを加えた。この操作を5回繰り返してTBA置換を行った。
TBA置換後、-10℃で2週間凍結乾燥した。
窒素雰囲気下、1000℃で3時間加熱して炭素化し、窒素ドープ還元型酸化黒鉛NrGO-2を得た(図4)。
(Preparation Example 3 [Preparation of nitrogen-doped reduced graphite oxide NrGO-2])
20 g of a graphene oxide (GO) aqueous dispersion (non-volatile content: 2.8% by mass), 12 g of a 25% by mass aqueous ammonia solution, and 8 g of water were mixed to obtain an aqueous solution with a non-volatile content of 1.4% by mass. The aqueous solution was placed in a Teflon (registered trademark) container and heated at 180°C for 12 hours for hydrothermal treatment.
The solid obtained after the hydrothermal treatment was placed in a container, and tertiary butyl alcohol (TBA) was added. The mixture was then heated for 12 hours in a constant-temperature shaking tank at 50°C. After cooling and solid-liquid separation, fresh TBA was added. This procedure was repeated five times to perform TBA substitution.
After TBA substitution, the mixture was freeze-dried at -10°C for 2 weeks.
The mixture was carbonized by heating at 1000°C for 3 hours in a nitrogen atmosphere to obtain nitrogen-doped reduced graphite oxide NrGO-2 (Figure 4).
(調製例4〔改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-2の調製〕)
[窒素ドープ還元型酸化黒鉛NrGO-2のマイクロ波による改質]
石英管である試験管(管型反応器)に窒素ドープ還元型酸化黒鉛NrGO-2(試料重量:20mg以下)を入れ、試験管の一端から他端に向けてNH3ガスを流通させながら(NH3ガス流量:15mL/min)、電子レンジを用いて設定出力700Wで5分間マイクロ波を照射し、改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-2を得た(図2に示す装置と同様の装置を用いた。)。
下記表1に、各調製例で得られた試料のBET比表面積を示す。
(Preparation Example 4 [Preparation of Modified Nitrogen-Doped Reduced Graphite Oxide MW-NrGO-2])
[Microwave Modification of Nitrogen-Doped Reduced Graphite Oxide NrGO-2]
Nitrogen-doped reduced graphite oxide NrGO-2 (sample weight: 20 mg or less) was placed in a quartz test tube (tubular reactor), and while NH3 gas was flowing from one end of the test tube to the other ( NH3 gas flow rate: 15 mL/min), microwave irradiation was performed using a microwave oven set to an output of 700 W for 5 minutes to obtain modified nitrogen-doped reduced graphite oxide MW-NrGO-2 (using an apparatus similar to that shown in Figure 2).
Table 1 below shows the BET specific surface area of the samples obtained in each preparation example.
表1の結果から、改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-1、MW-NrGO-2において、改質前と比較して、BET比表面積が充分に維持されていると言える。なお、改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-2は、改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-1と比較してより多孔性であると言える。 From the results in Table 1, it can be said that the BET specific surface area of the modified nitrogen-doped reduced graphite oxides MW-NrGO-1 and MW-NrGO-2 is sufficiently maintained compared to before modification. Furthermore, it can be said that the modified nitrogen-doped reduced graphite oxide MW-NrGO-2 is more porous than the modified nitrogen-doped reduced graphite oxide MW-NrGO-1.
図3は、窒素ドープ還元型酸化黒鉛及び改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛それぞれの、ピリジン型窒素の含有量、及び、グラファイト型窒素の含有量を示すグラフである。
図3の結果から、改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-1、MW-NrGO-2において、改質前と比較して、炭素との結合を2つもち、酸素還元反応の触媒活性点を形成するのに寄与すると考えられるピリジン型窒素の含有量が充分に維持されていると言える。
FIG. 3 is a graph showing the pyridine-type nitrogen content and the graphite-type nitrogen content of nitrogen-doped reduced graphite oxide and modified nitrogen-doped reduced graphite oxide, respectively.
From the results in Figure 3, it can be said that the content of pyridine-type nitrogen, which has two bonds with carbon and is thought to contribute to the formation of catalytically active sites for the oxygen reduction reaction, is sufficiently maintained in the modified nitrogen-doped reduced graphites MW-NrGO-1 and MW-NrGO-2 compared to before modification.
図5は、各調製例で得られた試料(窒素ドープ還元型酸化黒鉛及び改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛それぞれ)のラマン分光データ(ラマンスペクトル)を示すグラフである。また、下記表2に、各調製例で得られた試料の、ラマンスペクトルにおけるGバンドのピーク強度に対するDバンドのピーク強度の比(ID/IG)を示す。 5 is a graph showing Raman spectroscopy data (Raman spectra) of the samples (nitrogen-doped reduced graphite oxide and modified nitrogen-doped reduced graphite oxide) obtained in each preparation example. Table 2 below shows the ratio of the D band peak intensity to the G band peak intensity in the Raman spectrum of the samples obtained in each preparation example ( ID / IG ).
図5、表2の結果から、いずれの試料も、Gバンドのピーク及びDバンドのピークが観測された。
また改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-2において、改質前と比較して上記ピーク強度の比(ID/IG)が大きく減少しており、低欠陥化が進行していることが明らかである。なお、改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-1も、改質前と比較して、低欠陥化が進行していると考えられる。
改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-2は、改質前と比べて、2700cm-1付近の2Dバンドのピークが大きくなっている。これは、酸化黒鉛の規則的に積層している層数が減少していることを示唆する。
From the results in FIG. 5 and Table 2, a G band peak and a D band peak were observed in all samples.
Furthermore, in the modified nitrogen-doped reduced graphite oxide MW-NrGO-2, the ratio of the peak intensities (I D /I G ) is significantly reduced compared to before modification, demonstrating the progress of defect reduction. In addition, it is believed that the modified nitrogen-doped reduced graphite oxide MW-NrGO-1 also has progressed in defect reduction compared to before modification.
The modified nitrogen-doped reduced graphite oxide MW-NrGO-2 has a larger 2D band peak at around 2700 cm −1 than before modification, suggesting that the number of regularly stacked layers of graphite oxide has decreased.
<窒素ドープ炭素基材(N-C)への化学気相析出法(CVD)による鉄担持>
(実施例1〔鉄担持改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛Fe-MW-NrGO-1の調製〕)
図6は、化学気相析出法(CVD)により窒素ドープ還元型酸化黒鉛又は改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛に鉄を担持させる工程を示す模式図である。
石英管である試験管(管型反応器)に原料である改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-1(30mg)をボートに入れたもの、及び、塩化鉄(II)四水和物FeCl2・4H2O(2mg)をボートに入れたものをそれぞれ配置し、試験管の一端から他端に向けてN2ガスを650mL/minで流し、750℃で3時間処理して鉄担持改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛Fe-MW-NrGO-1を得た(例えば、図6参照。)。
図7は、図6に示した鉄を担持させる工程における時間に対する試験管内の温度を示すグラフである。
<Iron loading on nitrogen-doped carbon substrate (NC) by chemical vapor deposition (CVD)>
Example 1 (Preparation of iron-supported modified nitrogen-doped reduced graphite oxide Fe-MW-NrGO-1)
FIG. 6 is a schematic diagram showing a process for supporting iron on nitrogen-doped reduced graphite oxide or modified nitrogen-doped reduced graphite oxide by chemical vapor deposition (CVD).
The raw materials, modified nitrogen-doped reduced graphite oxide MW-NrGO-1 (30 mg) placed in a boat and iron(II) chloride tetrahydrate FeCl 2 ·4H 2 O (2 mg) placed in a boat, were placed in a quartz test tube (tubular reactor). N 2 gas was flowed from one end of the test tube to the other at 650 mL/min, and the reaction was performed at 750°C for 3 hours to obtain iron-loaded modified nitrogen-doped reduced graphite oxide Fe-MW-NrGO-1 (see, for example, Figure 6).
FIG. 7 is a graph showing the temperature in the test tube versus time in the iron loading step shown in FIG.
(比較例1〔鉄担持窒素ドープ還元型酸化黒鉛Fe-NrGO-1の調製〕)
原料である炭素材料として改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-1(30mg)の代わりに窒素ドープ還元型酸化黒鉛NrGO-1(30mg)を用いた以外は実施例1と同様にして、鉄担持窒素ドープ還元型酸化黒鉛Fe-NrGO-1を得た。
(Comparative Example 1 [Preparation of iron-supported nitrogen-doped reduced graphite oxide Fe—NrGO-1])
Iron-supported nitrogen-doped reduced graphite Fe—NrGO-1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that nitrogen-doped reduced graphite NrGO-1 (30 mg) was used as the raw carbon material instead of the modified nitrogen-doped reduced graphite MW-NrGO-1 (30 mg).
(実施例2〔鉄成分と改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛との物理混合物Fe-MW-NrGO-1Aの調製〕)
改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-1(30mg)と塩化鉄(II)四水和物FeCl2・4H2O(2mg)とを物理的に混合した混合物が入ったボートを管状炉内に置き、50ml/minの窒素を流通させながら750℃で3時間熱処理して、鉄成分と改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛との物理混合物Fe-MW-NrGO-1Aを得た。
Example 2 (Preparation of a Physical Mixture of Iron and Modified Nitrogen-Doped Reduced Graphite Oxide, Fe-MW-NrGO-1A)
A boat containing a physical mixture of modified nitrogen-doped reduced graphite oxide MW-NrGO-1 (30 mg) and iron(II) chloride tetrahydrate FeCl 2 ·4H 2 O (2 mg) was placed in a tubular furnace and heat-treated at 750 °C for 3 hours while flowing nitrogen at 50 ml/min to obtain a physical mixture of iron and modified nitrogen-doped reduced graphite oxide, Fe-MW-NrGO-1A.
図8は、窒素ドープ還元型酸化黒鉛、改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛、鉄を担持させた窒素ドープ還元型酸化黒鉛、及び、鉄を担持させた改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛それぞれの、ピリジン型窒素の含有量、及び、グラファイト型窒素の含有量を示すグラフである。
鉄を担持させた窒素ドープ還元型酸化黒鉛Fe-NrGO-1(比較例1)、及び、鉄を担持させた改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛Fe-MW-NrGO-1(実施例1)において、鉄を担持させる前と比較して、ピリジン型窒素の含有量が充分に維持されていると言える。
FIG. 8 is a graph showing the pyridine-type nitrogen content and graphite-type nitrogen content of nitrogen-doped reduced graphite oxide, modified nitrogen-doped reduced graphite oxide, nitrogen-doped reduced graphite oxide with iron supported thereon, and modified nitrogen-doped reduced graphite oxide with iron supported thereon.
In the nitrogen-doped reduced graphite oxide Fe-NrGO-1 (Comparative Example 1) on which iron is supported, and the modified nitrogen-doped reduced graphite Fe-MW-NrGO-1 (Example 1) on which iron is supported, it can be said that the content of pyridine-type nitrogen is sufficiently maintained compared to before iron was supported.
鉄を担持させた窒素ドープ還元型酸化黒鉛Fe-NrGO-1(比較例1)、鉄を担持させた改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛Fe-MW-NrGO-1(実施例1)のそれぞれについて、ICP発光分光分析法(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy:ICP-AES)により鉄元素の含有量を測定した。結果を下記表3に示す。 The iron element content of iron-loaded, nitrogen-doped reduced graphite oxide Fe-NrGO-1 (Comparative Example 1) and iron-loaded, modified nitrogen-doped reduced graphite oxide Fe-MW-NrGO-1 (Example 1) was measured using inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES). The results are shown in Table 3 below.
(回転電極による酸素還元反応活性評価)
酸素を常温で飽和するまで溶解した0.5M H2SO4水溶液中で回転ディスク電極を用いてLSV(リニアスイープボルタンメトリー)測定により評価した。各試料を真空(負圧計で-0.1MPa)条件下において80℃で12時間加熱することにより前処理して乾燥させた炭素材料(触媒)2.5mgを量り取り、これに5質量%ナフィオン分散液25μL、エタノール300μL、蒸留水300μLを加え触媒インクを調製した。触媒インクを氷冷しながら120kHzで30分間超音波処理した後、マイクロピペットにより適量吸い取り、回転ディスク電極装置のグラッシーカーボン電極に4μL滴下して塗布し、乾燥させることで作用電極を作製した(電極には0.082mg/cm2の触媒が塗布された。)。電極を回転速度1600rpmで回転し、電位を1mV/sの掃引速度、0.05~1.05V vs.RHEの掃引範囲で掃引して、そのときの電流を電位の関数として記録した。
各試料のORR測定結果を図9及び図10に示す。窒素ドープ還元型酸化黒鉛NrGO-1に比べて、改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-1、鉄担持窒素ドープ還元型酸化黒鉛Fe-NrGO-1は、それぞれ、過電圧が減少した。また、鉄成分と改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛との物理混合物Fe-MW-NrGO-1A、鉄担持改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛Fe-MW-NrGO-1は、それぞれ、過電圧が大幅に減少した。特に、鉄担持改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛Fe-MW-NrGO-1は、過電圧の減少が顕著であり、水素電極(RHE)に対する電位0.7Vでの電流密度の絶対値が大幅に向上した。
このようにラマンスペクトルにおいてGバンドのピークを有する含窒素炭素材料にマイクロ波を照射して改質したうえで遷移金属元素を担持させて得られた試料は、酸素還元に必要な活性化エネルギーを充分に下げることができると考えられる。
(Evaluation of oxygen reduction reaction activity using a rotating electrode)
The catalytic activity was evaluated by linear sweep voltammetry (LSV) using a rotating disk electrode in a 0.5 M H2SO4 aqueous solution in which oxygen had been dissolved until saturated at room temperature. Each sample was pretreated and dried by heating at 80°C for 12 hours under vacuum (-0.1 MPa on a negative pressure gauge). 2.5 mg of the carbon material (catalyst) was weighed out and added to 25 μL of a 5% by mass Nafion dispersion, 300 μL of ethanol, and 300 μL of distilled water to prepare a catalyst ink. The catalyst ink was sonicated at 120 kHz for 30 minutes while ice-cooled, then an appropriate amount was drawn up using a micropipette. 4 μL of the ink was applied as a drop to a glassy carbon electrode in a rotating disk electrode apparatus and dried to prepare a working electrode (0.082 mg/ cm2 of catalyst was applied to the electrode). The electrode was rotated at 1600 rpm, and the potential was scanned at a 1 mV/s sweep rate from 0.05 to 1.05 V vs. The RHE was swept over a sweep range, and the current was recorded as a function of potential.
The ORR measurement results for each sample are shown in Figures 9 and 10. Compared to the nitrogen-doped reduced graphite oxide NrGO-1, the modified nitrogen-doped reduced graphite MW-NrGO-1 and the iron-loaded nitrogen-doped reduced graphite Fe-NrGO-1 each exhibited reduced overpotentials. Furthermore, the physical mixture of iron and modified nitrogen-doped reduced graphite Fe-MW-NrGO-1A and the iron-loaded modified nitrogen-doped reduced graphite Fe-MW-NrGO-1 each exhibited significantly reduced overpotentials. In particular, the iron-loaded modified nitrogen-doped reduced graphite Fe-MW-NrGO-1 exhibited a significant reduction in overpotential, resulting in a significant improvement in the absolute value of the current density at a potential of 0.7 V vs. the hydrogen electrode (RHE).
Thus, it is believed that a sample obtained by modifying a nitrogen-containing carbon material having a G-band peak in the Raman spectrum by microwave irradiation and then supporting a transition metal element thereon can sufficiently reduce the activation energy required for oxygen reduction.
(基材及び触媒の表面疎水性の評価)
図11は、窒素ドープ還元型酸化黒鉛、改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛、鉄を担持させた窒素ドープ還元型酸化黒鉛、及び、鉄を担持させた改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛それぞれを前処理した後の、298Kにおける相対湿度p/p0に対する単位表面積当たりの水吸着分子数(nm-2)を示すグラフである。また、下記表4に、窒素ドープ還元型酸化黒鉛、改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛、鉄を担持させた窒素ドープ還元型酸化黒鉛、及び、鉄を担持させた改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛それぞれのBET比表面積を示す。
(Evaluation of surface hydrophobicity of substrate and catalyst)
11 is a graph showing the number of water molecules adsorbed per unit surface area (nm −2 ) versus relative humidity p/p0 at 298 K after pretreatment of nitrogen-doped reduced graphite oxide, modified nitrogen-doped reduced graphite oxide, iron-loaded nitrogen-doped reduced graphite, and iron-loaded modified nitrogen -doped reduced graphite. Table 4 below shows the BET specific surface area of each of the nitrogen-doped reduced graphite oxide, modified nitrogen-doped reduced graphite oxide, iron-loaded nitrogen-doped reduced graphite, and iron-loaded modified nitrogen-doped reduced graphite.
図11における、改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛MW-NrGO-1と、改質前の窒素ドープ還元型酸化黒鉛NrGO-1との比較、及び、鉄を担持させた改質窒素ドープ還元型酸化黒鉛Fe-MW-NrGO-1と、鉄を担持させた窒素ドープ還元型酸化黒鉛Fe-NrGO-1との比較から、マイクロ波の照射により、炭素材料の表面疎水性が向上することが分かった。
マイクロ波により適度に向上した含窒素炭素材料の表面の疎水性が、酸素還元性能に影響している可能性がある。すなわち、表面の疎水性が適度に向上することで、電解液等の液体よりもガスである酸素が表面に吸着し易くなる結果、酸素還元反応がより促進されている可能性がある。このような作用が、遷移金属が窒素原子を介して担持されることによる酸素還元性能向上作用と相まって、酸素還元性能が相乗的に向上すると考えられる。なお、マイクロ波の照射以外の改質方法により、炭素材料の表面疎水性が向上し過ぎると、酸素を還元するために必要なプロトンを液体である酸成分から受け取りにくくなり、酸素還元性能が低くなるおそれがある。
From the comparison in Figure 11 between the modified nitrogen-doped reduced graphite MW-NrGO-1 and the nitrogen-doped reduced graphite NrGO-1 before modification, and the comparison between the modified nitrogen-doped reduced graphite Fe-MW-NrGO-1 with the iron-doped nitrogen-doped reduced graphite Fe-NrGO-1, it was found that microwave irradiation improves the surface hydrophobicity of carbon materials.
The hydrophobicity of the surface of the nitrogen-containing carbon material, moderately improved by microwave irradiation, may affect the oxygen reduction performance. That is, moderately improved surface hydrophobicity may make it easier for gaseous oxygen to adsorb to the surface than for liquids such as electrolytes, thereby further promoting the oxygen reduction reaction. This effect, combined with the oxygen reduction performance improvement effect of supporting the transition metal via nitrogen atoms, is thought to synergistically improve the oxygen reduction performance. Note that if the surface hydrophobicity of the carbon material is improved too much by a modification method other than microwave irradiation, it may become more difficult for the carbon material to receive protons necessary for oxygen reduction from the liquid acid component, resulting in a risk of reduced oxygen reduction performance.
Claims (6)
該照射する工程で得られた改質含窒素炭素材料に遷移金属元素を担持させる工程を含むことを特徴とする遷移金属担持含窒素炭素材料の製造方法。 Irradiating a nitrogen-containing carbon material having a G-band peak in a Raman spectrum with microwaves;
The method for producing a transition metal-supported nitrogen-containing carbon material comprises a step of supporting a transition metal element on the modified nitrogen-containing carbon material obtained in the irradiating step.
A transition metal-supported nitrogen-containing carbon material, characterized in that a pretreated product obtained by evacuating a transition metal-supported nitrogen-containing carbon material at a temperature of 473 K and a pressure of 0.01 Pa or less for 180 minutes has a number of adsorbed water molecules per unit surface area of 0.7 nm or less at a temperature of 298 K and a relative humidity of 25% RH.
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| CN103611575A (en) | 2013-12-02 | 2014-03-05 | 浙江大学 | Preparation method of catalyst containing imidazole and derivatives thereof |
| CN105810956A (en) | 2014-12-31 | 2016-07-27 | 北京有色金属研究总院 | Method for preparing doped graphene or graphene-like compound |
| JP2016204170A (en) | 2015-04-15 | 2016-12-08 | 旭化成株式会社 | Nitrogen-containing carbon material, method for producing the same, and electrode for fuel cell |
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