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化学修飾した新規グラフィンによる電気化学エネルギー変換と蓄積

Research Project

Project/Area Number 23750177
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (B)

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Environmental chemistry
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

ZHANG Yuanjian  独立行政法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, NIMSポスドク研究員 (30573555)

Project Period (FY) 2011 – 2012
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2012: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2011: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Keywords炭素 / 電子バンドギャップ工学 / 化学修飾 / 光電池触媒 / 光得エネルギー所触媒 / graphene / band-gap structure / doping
Research Abstract

本研究ではグラファイトの化学修飾法という挑戦的方法で、有機と水溶性溶液で変性し、電子構造も変えた炭窒化グラファイト(CをNで置換したグラフェン類似)化合物を工業副産物から得た。
炭窒化物はNが規則的置換をした構造であり、半導体である。グラフェンではできなかった光を電気に換え、光触媒分野に利用できる。原料の炭窒化固体を熱沈積方法で作った。C/Nは0.72でHを少量(1.5wt.%)含む。現在ではHを含まないものは得られていない。炭窒化グラファイトの新規な変調構造が、空気中5000Cで合成された。基本構造、作成方法、基本的物理化学的性質と、水分解水素発生光触媒についてはリストした総説に発表してある。
ドナーの存在により可視光照射で水分解水素発生光触媒を可能にすることがわかった。増感剤のフタロシアニンと磁気によって、この炭窒化グラファイトの吸収帯は600nmの波長域まで広がった。さらに、Nドープしたタンタル酸に対して炭窒化グラファイト高分子が水分解水素発生光触媒の検出材としても利用できる。すなわち、タンタル酸によりNドープした表面処理すれば赤から青遷移光システムにもなった。
その結果、炭窒化Nドープタンタル酸検出材は高活性で安定な可視光のメタノール水溶液高感度安定性触媒性を示し、420nmで4.8%の量子効果であった。
太陽電池に比べて、光電変換により直接的にエネルギー解決策が得られる。低価格で大量生産でき、酸化の熱化学的安定性(空気中で500℃まで安定)もよく、極めて有望な材料である。光化学的にバンドギャップを計測した。可視光で150・A/cm2(IPCE~3%、420nm)であった。テンプレート法や形態的方法から多孔体など形状を変えればさらに向上できる。
本研究は共有性から非共有結合性化合物の炭窒化グラファイトの発見であり、大いに将来の可能性が期待できる。

Report

(2 results)
  • 2011 Research-status Report   Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2012 2011

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Polymeric Carbon Nitrides : Semiconducting Properties and Emerging Applications in Photocatalysis and Photoelectrochemical Energy Conversion2012

    • Author(s)
      Yuanjian Zhang*, Toshiyuki Mori, Jinhua Ye
    • Journal Title

      Sci. Adv. Mater.

      Volume: 4 Issue: 2 Pages: 282-291

    • DOI

      10.1166/sam.2012.1283

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Wet Chemical Synthesis of Nitrogen-Doped Graphene towards Oxygen Reduction Electrocatalysts without High-Temperature Pyrolysis2012

    • Author(s)
      Yuanjian Zhang*, Keisuke Fugane, Toshiyuki Mori, Li Niu*, and Jinhua Ye
    • Journal Title

      J. Mater. Chem.

      Volume: 22巻 Issue: 14 Pages: 6575-6580

    • DOI

      10.1039/c2jm00044j

    • Related Report
      2011 Research-status Report
  • [Journal Article] Non-Covalent Doping of Graphitic Carbon Nitride Polymer with Graphene: Controlled Electronic Structure and Enhanced Optoelectronic Conversion2011

    • Author(s)
      Yuanjian Zhang*, Toshiyuki Mori, Li Niu*, and Jinhua Ye
    • Journal Title

      Energy & Environ. Sci.

      Volume: 4巻 Issue: 11 Pages: 4517-4521

    • DOI

      10.1039/c1ee01400e

    • Related Report
      2011 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Polymeric Carbon Nitrides: Semiconducting Properties and Emerging Photovoltaic Applications2012

    • Author(s)
      Yuanjian Zhang
    • Organizer
      MANA International Symposium 2012
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場
    • Related Report
      2011 Research-status Report
  • [Presentation] Polymeric Carbon Nitrides: Semiconducting Properties and Emerging Application in Optoelectronic Conversion2011

    • Author(s)
      Yuanjian Zhang
    • Organizer
      第63回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Related Report
      2011 Research-status Report
  • [Presentation] Wet Chemical Synthesis of Nitrogen-Doped Carbon towards Sustainable Oxygen Reduction Electrocatalysts2011

    • Author(s)
      Yuanjian Zhang
    • Organizer
      21st MRS-J Academic Symposium
    • Place of Presentation
      横浜市開港記念会館
    • Related Report
      2011 Research-status Report
  • [Presentation] Polymeric Carbon Nitrides: Semiconducting Properties and Emerging Application in Optoelectronic Conversion2011

    • Author(s)
      Yuanjian Zhang
    • Organizer
      7th IUPAC International Conference on Novel materials and their Synthesis(招待講演)
    • Place of Presentation
      Fudan University, China
    • Related Report
      2011 Research-status Report
  • [Presentation] Wet Chemistry Synthesis of Nitrogen-Doped Carbon as Non-Precious Electrocatalysts for Oxygen Reduction2011

    • Author(s)
      Yuanjian Zhang
    • Organizer
      ELCAT meeting Alicante 2011
    • Place of Presentation
      . Hotel Husa Alicante, Spain
    • Related Report
      2011 Research-status Report
  • [Presentation] Polymeric Carbon Nitrides: Semiconducting Properties and Emerging Photovoltaic Applications2011

    • Author(s)
      Yuanjian Zhang
    • Organizer
      MANA-Univ Osaka joint workshop
    • Place of Presentation
      大阪大学
    • Related Report
      2011 Research-status Report

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Published: 2011-08-05   Modified: 2019-07-29  

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