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Fabrication and Control of electron transfer of two dimensional asymmetry nanocrystal using an interface

Publicly Offered Research

Project AreaCoordination Asymmetry: Design of Asymmetric Coordination Sphere and Anisotropic Assembly for the Creation of Functional Molecules
Project/Area Number 17H05348
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

保田 諭  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (90400639)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2017: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywords遷移金属ジカルコゲナイト / グラフェン / 水素 / プロトン / ナノ材料 / 触媒・化学プロセス / 遷移金属ジカルコゲナイド / 化学気相蒸着法 / 非対称結晶
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、遷移金属ジカルコゲナイド(TMDC)やグラフェンといった二次元結晶を化学気相蒸着法(CVD)により作製し、様々な異種表面との相互作用によって構造が歪んだ非対称二次元結晶を開発する。得られた非対称結晶の電気化学的特徴を精査し、水素発生・水素貯蔵電極材料といった機能性エネルギー変換材料を創製する知見を得る。
平成29年度は、金単結晶金属表面にTMDCであるMoS2やMoSe2をそれぞれCVD合成する技術を確立し、金属表面形状がTMDCの歪み誘起に影響を与えること、歪み誘起により電子状態が半導体的から金属性の物性に変調することを明らかにした。平成30年度はこの知見を基にし、電子物性が変調されたTMDCの電気化学水素発生能について評価を行った。その結果、電子物性が変調されたTMDC/金単結晶電極の水素発生過電圧は、変調されていないTMDC/Au多結晶電極のそれよりも正電位側にシフトすることを見出し、非対称結晶化によって発現する電子状態変調によって水素発生反応の高活性化が可能であることを明らかにした。
また、グラフェンを金単結晶表面に作製する技術を確立、圧縮歪みをもつグラフェンが形成していること、水素発生反応が起きる電位において圧縮歪みが一部、解消されることを明らかにした。このような特徴とグラフェンのもつ選択的プロトン透過能を考慮した結果、水素発生反応下においてグラフェンを透過したプロトンが金表面上で水素に還元、グラフェンの水素分子に対する不透過能によって歪みが緩和したグラフェンとAu界面に水素ガスが貯蔵されることを見出した。
以上、様々な二次元結晶を金属表面上に作製し構造歪みをもつ非対称二次元結晶を作製することで、電子状態変調やエネルギーキャリアの貯蔵が可能であることを明らかにし、二次元結晶を用いた新しいエネルギー変換材料創製の基礎的知見を得た。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2019 2018 2017

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 3 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Enhancement of Fe-N-C carbon catalyst activity for the oxygen reduction reaction: effective increment of active sites by a short and repeated heating process2018

    • Author(s)
      Yasuda Satoshi, Uchibori Yosuke, Wakeshima Makoto, Hinatsu Yukio, Ogawa Hiroaki, Yano Masahiro, Asaoka Hidehito
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 8 Issue: 66 Pages: 37600-37605

    • DOI

      10.1039/c8ra08359b

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Sensitive Raman Probe of Electronic Interaction between Monolayer Graphene and Substrate under Electrochemical Potential Control2018

    • Author(s)
      R. Zhou, S. Yasuda, H. Minamimoto, K. Murakoshi
    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 3 Issue: 2 Pages: 2322-2328

    • DOI

      10.1021/acsomega.7b01928

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Advantage of Semi-Ionic Bonding in Fluorine-Doped Carbon Materials for the Oxygen Evolution Reaction in Alkaline Media2018

    • Author(s)
      J. Kim, R. Zhou, K. Murakoshi, S. Yasuda
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 8 Issue: 26 Pages: 14152-14156

    • DOI

      10.1039/c8ra01636d

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Uniform Si nano-dot fabrication using reconstructed structure of Si(110)2018

    • Author(s)
      Yano Masahiro, Uozumi Yuki, Yasuda Satoshi, Asaoka Hidehito
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 57 Issue: 6S1 Pages: 06HD04-06HD04

    • DOI

      10.7567/jjap.57.06hd04

    • NAID

      210000149155

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characterization of SiO2 reduction reaction region at void periphery on Si(110)2018

    • Author(s)
      Yano Masahiro, Uozumi Yuki, Yasuda Satoshi, Tsukada Chie, Yoshida Hikaru, Yoshigoe Akitaka, Asaoka Hidehito
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 57 Issue: 8S1 Pages: 08NB13-08NB13

    • DOI

      10.7567/jjap.57.08nb13

    • NAID

      210000149447

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Plasmon-Induced Selective Oxidation Reaction at Single-Walled Carbon Nanotubes2017

    • Author(s)
      Yasuda Satoshi、Yoshii Takahiro、Chiashi Shohei、Maruyama Shigeo、Murakoshi Kei
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 9 Issue: 44 Pages: 38992-38998

    • DOI

      10.1021/acsami.7b07636

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Out-of-Plane Strain Induced in a Moiré Superstructure of Monolayer MoS2 and MoSe2 on Au(111)2017

    • Author(s)
      S. Yasuda, R. Takahashi, R. Osaka, R. Kumagai, Y. Miyata, S. Okada, Y. Hayamizu, K. Murakoshi
    • Journal Title

      Small

      Volume: 13 Issue: 31 Pages: 1700748-1700748

    • DOI

      10.1002/smll.201700748

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 単層グラフェンのプロトン透過能と電気化学的手法を利用したグラフェン-金属界面への水素ナノバブル形成2019

    • Author(s)
      保田 諭, 田村和久, 矢野雅大, 寺澤知潮, 加藤 優, 八木一三, 朝岡秀人
    • Organizer
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] グラフェン-金属界面で形成されるナノバブルの水素同位体効果2019

    • Author(s)
      保田 諭, 田村和久, 矢野雅大, 寺澤知潮, 上利龍史, 高橋康史, 加藤 優, 八木一三, 朝岡秀人
    • Organizer
      2018年電気化学会第86回大会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 水溶液中における単層グラフェンへの電気化学ドーピング評価2018

    • Author(s)
      保田 諭, 田村和久, 矢野雅大, 寺澤知潮, 朝岡秀人, 丹野 駿, 佐藤祐輔, 加藤 優, 八木一三
    • Organizer
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 単層グラフェンへの電気化学ドーピングとその電気化学的挙動の評価2018

    • Author(s)
      保田 諭, 田村和久, 朝岡秀人, 丹野 駿, 佐藤祐輔, 加藤 優, 八木一三
    • Organizer
      2018年電気化学秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Hydrogen Nano Balloon Formation at Graphene-Metal Interface by Electrochemical Hydrogen Evolution Reaction2018

    • Author(s)
      S. Yasuda, K. Tamura, S. T. Terasawa, M. Yano, S. Tanno, Y. M. Kato, I. Yagi, H. Asaoka
    • Organizer
      ACSIN-14&ICSPM26
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電気化学的手法によるグラフェン-金属界面への水素ナノバブル形成2018

    • Author(s)
      S. Yasuda, K. Tamura, T. Terasawa, M. Yano, S. Tanno, M. Kato, I. Yagi, H. Asaoka
    • Organizer
      2018年 日本表面真空学会学術講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] グラフェン―金属界面で形成した水素ナノバブル評価2018

    • Author(s)
      保田諭、田村和久、丹野駿、佐藤祐介、加藤優、八木一三、朝岡秀人
    • Organizer
      電気化学会第85回大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Fabrication of Graphene-Au(111) Interface for Proton Permeability Analysis of Monolayer Graphene at Nanometer Scale2017

    • Author(s)
      Satoshi Yasuda, Koji Nakashima, Kei Murakoshi, Kazuhisa Tamura, Shun Tanno, Yusuke Sato, Masaru Kato, Ichizo Yagi, Hidehito Asaoka
    • Organizer
      The 8th International Symposium on Surface Science
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] グラフェン―Au(111)界面に形成した水素ナノバブルのSTM観察2017

    • Author(s)
      保田諭、田村和久、丹野駿、佐藤祐介、加藤優、八木一三、朝岡秀人
    • Organizer
      電気化学秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノレベルでの単層グラフェンのプロトン透過能評価2017

    • Author(s)
      保田諭、田村和久、丹野駿、佐藤祐介、加藤優、八木一三、朝岡秀人
    • Organizer
      第78回応用物理学会 秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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