高性能電極材料の実現を目指した空間制御型二次元配位ナノシートの創出
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22K14569
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 28030:Nanomaterials-related
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
前田 啓明 東京理科大学, 研究推進機構総合研究院, 助教 (10771446)
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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 |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 配位ナノシート / トリプチセン / 界面合成 / 電気化学的酸化法 / 水素発生反応 / センシング / 金属錯体 / 薄層化 / ナノシート / 配位高分子 / 電極材料 |
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| Outline of Research at the Start |
電気伝導性を示す配位ナノシートは電極材料としての親和性に富み、電極触媒、エネルギー貯蔵材料、センサーなどへの応用が展開されてきている。これらの応用においては、金属錯体部位が機能性発現に重要であるが、従来のπ共役平面型配位子を用いて得られる配位ナノシートは、層間の大きなπ-π相互作用により多層化しやすく、近接した層により金属錯体のアキシアル位が遮蔽され、機能発現の妨げになっていた。本課題では、新たに設計した配位子により層間相互作用を抑制するとともに、金属錯体のアキシアル位が開放された化学構造の配位ナノシートを構築することで、電極材料としての高性能化を実現する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来のπ共役型平面配位子を用いて得られる配位ナノシートはその電気伝導性、酸化還元特性、空孔構造を活かした電極材料応用などが進められている。しかし、その高い平面性に由来する強い層間相互作用により容易に多層化し、特に電極触媒やセンサー材料として応用する際の活性点となる金属錯体部位が近接する層で遮蔽され、性能低下を引き起こしうるという課題があった。本課題では、配位子にトリプチセン骨格を導入することで金属錯体部位を２次元平面から直立させた配位ナノシートを合成する。これにより層間相互作用を抑制するとともに金属錯体部の遮蔽を解消することで、この課題の解決に取り組んだ。
今年度は、トリプチセン骨格配位子とニッケルからなる配位ナノシートNi-HATTの気液界面合成、超音波による数層の薄膜への剥離、電気化学的酸化法によるNi-HATTの電極上への直接合成、Ni-HATTと従来のπ共役型配位ナノシートの水素発生反応(HER)触媒活性の比較を実施し、これらに関して得られた結果について論文投稿を行った。また、Ni-HATTおよび銅イオンを用いたCu-HATTを用いた湿度や各種揮発性溶媒のセンシング特性について、学会発表を行った。
電気化学的酸化法は短時間で配位ナノシートを電極上に直接合成できる有用な合成法であるが、形成されるナノシートの平滑性や結晶性に課題があった。より良質な配位ナノシートを本手法で獲得するべく、合成時の印加電位、基質濃度、塩基の種類・濃度を最適化することにより、ヘキサアミノベンゼン（HAB）とニッケルまたは銅イオンからなるNiHAB、CuHABナノシートを金電極上にFace-on配向にて異方的に形成することに成功した。得られた結果について学会発表・論文発表を行った。
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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
トリプチセン骨格からなる配位ナノシートNi-HATTの界面合成法・電気化学的酸化法による合成と水素発生反応用電極触媒特性評価、および既存の平面型配位子からなる配位ナノシートとの触媒特性比較に関する論文を執筆・投稿した。現在は審査結果に基づいて現在修正や追加実験を行っている。また、Ni-HATT、Cu-HATTを用いた湿度や溶媒蒸気に対するセンシング特性を評価するとともに、従来の平面型配位子を用いた配位ナノシートのセンシング特性と比較を行い、得られた結果について学会やシンポジウムで成果発表を行った。いずれも、Ni-HATTとCu-HATTは従来型の配位ナノシートよりも性能向上を示唆する結果が得られており、概ね順調に研究が進展していると考えられる。
加えて、本研究課題を遂行中に実施した関連実験から得られた興味深い結果に関して、学会発表、論文発表を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在投稿中の論文に寄せられたレビュアーコメントに回答するため、Ni-HATTのキャラクタライズとHER触媒特性評価に関する追加実験の実施して論文原稿の修正作業を進め、次年度中の受理を目指す。また、センシング特性に関しては溶媒蒸気の種類と応答強度の相関について、Ni-HATTおよびCu-HATTと溶媒分子の相互作用の観点から議論を進める予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(34 results)
