炭素の関与する固体-固体反応に関する研究

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本研究は炭素を一方の反応物とする固体-固体反応を取り上げ, 反応を支配する因子を明らかにするとともに, ミクロな原子レベルからの反応機構を解明しようとするものである. 我々は炭素の固体反応の第1段階として炭素とそのガス化触媒となりえるカルシウムとの反応を取り上げ, それらがどのように相互作用しているのかを2次イオン質量分析装置(SIMS)を用いて調べた. 試料として用いた炭素は高密度等方性黒鉛で, それを硝酸処理しイオン交換法でカルシウムを炭素に導入した. このCa担持試料と硝酸処理のみの未担持試料を真空中, 1300Kで熱処理したものについてSIMS測定を行なった. また, これらの試料に酸素を吸着させた試料についても同様の測定を行なった. その結果, 次のような知見が得られた.1.炭素表面上のカルシウム化合物由来のピークとしてCa^+, Ca^<2+>, CaO^+, CaOH^+などが観察された. これらのピークの強度はアルゴンイオンによるスパッタリングによりそれぞれ特有の変化を示した.2.上記のカルシウム由来のピークの他に炭素表面上の含酸素化合物からのピークCo^+, Coなどが得られた. これらのピークはスパッタリングによりその強度は急激に減少していくが, 酸素を吸着した試料についてはその減少の度合は非常に緩慢であった.3.Ca担持試料に酸素を吸着させると未担持試料に吸着させた場合と比べて含酸素化合物由来のピークの強度は大きくなり, スパッタリングによる減少も小さいことが分かった.以上より炭素表面上のカルシウム化合物は炭素と相互作用することで, 炭素表面への酸素の化学吸着を促進させることが分かった.