| Project/Area Number |
22K04697
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
宮嶋 尚哉 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (20345698)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 水熱処理 / ポーラスカーボン / モルフォロジー特性 / 微細組織制御 / モルフォロジー制御 / 微細組織 / ハードカーボン / 細孔制御 / 金属高分散担持 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，付加的な化学賦活を用いることなく，ハードカーボンのナノ空間と異種活物質担持を同時に精密制御しうる機能性ポーラスカーボンの製造方法を確立することを目的とする。具体的には，金属イオンと錯形成する有機物原料に対して，バイオマスの改質処理の１つである水熱処理を活用することで，炭素収率の高いカーボン前駆体に改質し，その後，単純な焼成処理を行うことでカーボン内へのナノ空間の構築と金属分散担持を試みる。合わせて，種々の用途を想定した材料設計の最適化及び実用化試験を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，付加的な化学賦活を用いることなく，ハードカーボンのナノ空間と異種活物質担持を同時に精密制御した機能性ポーラスカーボンの調製を目的とする。具体的には，金属種/有機物の混合原料に対してバイオマスの改質法の１つである水熱処理を施し，炭素収率の高いカーボン前駆体に改質した後，不活性雰囲気下にて単純焼成することによりカーボンへのナノ空間の構築と金属種の高分散担持を試みる。合わせて，種々の用途を想定した材料設計条件の最適化と実用化試験を行う。当該年度（2年目）は以下の項目について検討し，新たな知見を得た。
（1）グルコース誘導体の水熱改質：グルコースモノマーのエーテル化度の違いによって，得られるカーボンの多孔性が大きく変化し，特にK形，Fe形のグルコース誘導体では細孔分布にも違いが認められた。但し，カーボンへの金属高分散は認められなかった。
（2）金属吸着キトサンの水熱改質：Fe族元素を導入したキトサンの水熱改質を行ったところ，Ni，Coを導入したキトサンでは，そのカーボン誘導体にメソ多孔性が発現し，さらにNiではカーボンの結晶性が大きく向上した。
（3）ショ糖の触媒黒鉛化：Feの触媒黒鉛化が生じる水熱処理条件を検討した結果，Fe粉の添加量は少ないほどカーボンの結晶性が向上し，その発達度に応じて硫酸水溶液電解質下でのキャパシタ特性が著しく向上した。
これらの研究成果について，関連学会や国際誌等で発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
3つの研究テーマを通して，今後の研究の発展性の示唆を得た。特に，水熱処理時の金属含有がカーボンの微細組織制御に大きく影響を与えることを見出した点は，カーボンの収率，多孔性，バルク形態，さらに結晶性といった材料特性に直結する構造因子の緻密制御が可能であることを示しており，極めて大きな成果と言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究テーマの中で特に(2)と(3)の項目について深掘りし，バルク/細孔の両モルフォロジー特性の緻密制御と水熱改質機構の解明を並行して行う。特に，水熱処理時の導入金属種の化学状態や水熱チャー中での存在状態を明らかにすることが重要であることから，XPSやFE-SEM-EDXなどの分析手段を用いて，カーボン誘導体のモルフォロジー変化に及ぼす金属種の同定と導入量のしきい値を調査する。
さらに各カーボン誘導体のキャパシタ特性や種々のガス吸着特性を調べ，実用化研究に発展させる。
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