ナノカーボンへの高濃度ドープ手法の開発と薄膜・エネルギーデバイス応用

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平成25年度実施研究内容1)ホウ素、窒素および両元素を同時にドープしたグラフェンのモデル作製と電気化学評価ホウ素および窒素、またはその両方をドープしたグラフェンの詳細な構造を解析しモデルを提案した。ドープを施したグラフェンを電気二重層キャパシタの電極材料として用いた場合、表面積に変化が無いにも関わらず4倍以上の容量向上を示すことを明らかにした。これまでドープを施したグラフェンにおいて多くの報告があるが、十分な構造解析を行っている例はわずかであるため、本結果によりドーパントの存在形態およびドープ効果について理解が進んだ。2)ホウ素ドープグラフェンの表面増強ラマン散乱基板としての可能性高温熱処理によってホウ素ドープグラフェンの作製およびドープ濃度の制御を行った。グラフェンは再現性の高さから表面増強Raman散乱(SERS)の基板として検討されているが、増強効果が既存の基板に比べて低い。ホウ素をドープしたグラフェンを用いて色素分子のRaman散乱を測定した結果、Raman散乱が顕著になり4倍の強度を示した。増強効果の発現はホウ素が導入に由来する局所的な電荷移動と考えているが、さらなる検討が必要である。3)異種元素を用いた高濃度ドープCNTの作製 :カーボンナノチューブ(CNT)に対して大気中真空紫外線処理を施すとCNTの側壁に酸素が導入される。酸素を導入したCNTに対して窒素プラズマを照射することにより多くの窒素を導入できた。この窒素は比較的安定であり高温にて脱離するため、窒素の脱離による空孔を利用したホウ素ドープの高濃度化に成功した。高濃度にホウ素をドープしたCNTはドープ前の1/8と低い抵抗値を示した。