| Project/Area Number |
22K18956
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
MA Renzhi 国立研究開発法人物質・材料研究機構, ナノアーキテクトニクス材料研究センター, グループリーダー (90391218)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | ナノシート / 遷移金属 / 水酸化物 / 電極触媒 / 配位不飽和 / ナノ構造 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、環境・エネルギー分野においての未踏化合物であり、配位数の小さな金属サイトを基本骨格とする「配位不飽和型金属化合物」に着目する。具体的には、3d遷移金（Fe、Co、Ni等）を中心イオンとする4配位または5配位を含む不飽和な局所配位環境を持つ新規ナノ構造を設計・合成し、配位不飽和サイトに起因する高い酸化還元（レドックス）活性を利用することにより、触媒特性の大幅な向上を図る。さらに、計算科学との緊密な連携を通じて、微視的スケールでの反応機構を解明する。
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| Outline of Final Research Achievements |
Precise synthesis of Fe-based layered double hydroxide (LDH) and oxyhydroxide nanosheets based on low-cost 3d transition metals (Fe, Co, Ni, etc.) was performed. The obtained Ni-containing Fe-based LDH nanosheets exhibited high performance in oxygen evolution reaction (OER), comparable to the previously reported most active Ni2+-Fe3+ LDH catalysts. Fe2+-containing porous iron oxyhydroxide nanosheets also showed higher NH3 yield and better Faraday efficiency than bulk precursors in electrochemical nitrogen reduction reaction (ENRR). Advanced control of the oxidation state and coordination environment of the central metal ions was demonstrated as one of the key strategies to develop high-performance nanocatalysts.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
燃料電池や水の電気分解、アンモニア合成などの物質・エネルギー変換プロセスにおける化石燃料への依存度を下げるため、安価で優れた性能を有する触媒の開発は不可欠である。本研究は、貴金属代替高性能触媒の開発に向けて、安価な3d遷移金属（Fe、Co、Ni等）をベースに、金属組成、配位構造、原子価が高度制御されたLDHやオキシ水酸化物ナノシートの精密合成を行い、得られたナノシートはOERやENRRにおいて優れた電極触媒性能を示した。本研究成果は、遷移金属化合物ナノ構造の合成及び触媒機能開拓に新しい設計指針を提供するものとして高く期待できる。
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