Fabrication of porous carbon with multiple surface functionalities by molecular masking method
| Project/Area Number |
23K26384
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| Project/Area Number (Other) |
23H01691 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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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 | Kyushu University |
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Principal Investigator |
宮脇 仁 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (40505434)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
服部 義之 信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (20456495)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥16,120,000 (Direct Cost: ¥12,400,000、Indirect Cost: ¥3,720,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
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| Keywords | 多孔体 / 炭素材 / 表面機能 / マルチ機能 / 分子マスキング / マルチ表面機能 / 細孔選択的 / カーボン多孔体 / 表面特性制御 |
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| Outline of Research at the Start |
多孔体の機能性は細孔および表面特性によって決定づけられる。異なるサイズや形状の細孔に任意の表面特性を個別に付与することができれば、従来の多孔体では達成できなかった高機能性や多機能性の発現が期待できる。
本研究課題では、分子マスキング法と表面改質処理法を組み合わせて適用し、世界でも例がない細孔選択的なマルチ表面機能性を有するカーボン多孔体の開発を試みる。さらに、創製した細孔ごとに特定の機能を付与したマルチ表面特性カーボン多孔体の高機能性の実験的検証を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、３ステップ分子マスキング法によるカーボン多孔体の細孔選択的な表面特性制御法を確立し、従来の多孔体では達成できなかった高機能性や多機能性を発現可能な「細孔ごとに異なる機能を有するマルチ表面機能性カーボン多孔体」を創製することを目的とする。
本年度は以下の３つの項目について検討を行った。
【Task 1： 分子マスキングする細孔サイズ範囲の任意制御】 選択的分子マスキング工程のSTEP 1 は、飽和吸着工程（STEP 1A）と部分脱着工程（STEP 1B）に細分される。STEP 1Bの脱着温度を調整することで、マスキングされている細孔サイズ範囲を制御できることを確認した（脱着温度による制御）。また、カーボンとの相互作用が異なるマスキング分子を用いることで、同じSTEP 1B処理条件でもマスキング細孔サイズの制御ができることを見出した（マスキング分子による制御）。さらに、分子マスキングされていない細孔のみをSTEP 2にて表面改質し、任意サイズの細孔に対する選択的な表面特性制御の実現可能性を確認した。
【Task 2： 狭い細孔選択的な表面改質】 分子サイズによる分子ふるい効果を利用した狭い細孔選択的な分子マスキングを行った。分子直径は約1 nmのC60フラーレンを用いることで、それ以下のサイズの細孔がマスキングされないことを確認した。
【Task 3： 親水性表面の疎水性表面化】 先行研究とは逆の「親水性表面→疎水性表面」という表面改質を行うため、カーボン材料に対し室温から200℃という比較的低温で希釈フッ素ガスを作用させた。その結果、含酸素表面官能基の有無にかかわらず、表面を疎水性へと改質できることを確認した。
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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
当初計画にある３つの今年度実施項目はいずれもほぼ予定通り進んだ。
表面改質に用いたフッ素処理がマスキング剤として用いたノナン分子の変質を引き起こすと言う予想外の結果が明らかになった一方で、フッ素処理により除去されやすい含酸素表面官能基は親水性が高い官能基である、と言った新知見が得られており、全体的にみて、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
ノナン以外のマスキング分子の選定を行い、【Task 3：疎水性表面の親水表面化】を完成させるとともに、【Task 4：細孔形状による分子マスキングの制御】 “分子形状”による分子ふるい効果を利用した細孔形状による制御を試みる。
また、当初計画の【Task 5： 任意のサイズや形状の細孔に対する選択的表面改質】 Task 1～4の知見を基に、多様な「マスキング分子」×「表面改質法」の組み合わせ、複数のマスキング分子の併用、および異なる種類のマスキング分子を用いた３ステップ法の複数回適用により、細孔ごとに異なる機能を有するマルチ表面機能性カーボン多孔体を創製する。
これらのステップでの成果を元に、【Task 6： 燃料電池触媒担体としての適用】 Task 1～5にて確立する手法で調製する「金属触媒の固定サイトとなる表面官能基を豊富に有する細孔と生成水のスムーズな排出パスとして機能する疎水性細孔」を併せ持つマルチ表面機能性カーボン多孔体を燃料電池触媒担体として用い、その高機能性を実験的に確認する。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
