Creation of high-density hydrogen storage materials using hydrogen boride nanocomposite
Publicly Offered Research
Project Area | HYDROGENOMICS: Creation of Innovative Materials, Devices, and Reaction Processes using Higher-Order Hydrogen Functions |
Project/Area Number |
21H00015
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Review Section |
Science and Engineering
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Research Institution | University of Tsukuba |
Principal Investigator |
近藤 剛弘 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70373305)
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Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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Budget Amount *help |
¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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Keywords | ホウ化水素 / ボロファン / ホウ素 / 水素 / ナノコンポジット / 水素放出 / 水素化マグネシウム |
Outline of Research at the Start |
本研究では、我々が世界で初めて単離生成を実現した新規二次元物質であるホウ化水素シートを基軸とした新規ナノコンポジット材料を調製し、新しい高密度水素貯蔵材料群を創出します。具体的には金属水素化物の微粒子とホウ化水素シートを組み合わせてナノコンポジットを調製し、その水素放出特性・耐久性・繰り返し特性を明らかにします。これらの知見を基に用途に応じて水素放出特性を制御可能な高密度水素貯蔵材料群を創出します。
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Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、我々が世界で初めて単離生成を実現した新規二次元物質であるホウ化水素シートを基軸とした新規ナノコンポジット材料を調製し、新しい高密度水素貯蔵材料群を創出することです。本年度は水素吸蔵合金として知られる水素化マグネシウムとニッケルナノクラスターを担持したホウ化水素シートのナノコンポジットの調製を行い評価しました。ホウ化水素シートの特性により、ニッケルアセチルアセトナート錯体とホウ化水素シートをアセトニトリル中で混合するだけで金属Niナノクラスターが高分散で自発的に還元してホウ化水素シート上に成長します。透過電子顕微鏡観察で2 nmの直径でNiナノクラスターが担持されていることが確認されました。解析の結果、MgH2の分解に伴う水素放出を起こす温度が150 K低下することがわかり、見かけの活性化エネルギーをキッシンジャー式による解析から算出した結果128.6 kJ/molであることがわかり、通常のMgH2に比べて約 30kJ/mol低下することがわかりました。さらに、623 Kで最大水素圧力2 MPaの条件下で水素圧力-組成-温度(PCT)曲線をプロットし、ファントホフプロットにより熱力学的エネルギーを算出した結果、水素吸蔵前後でのエンタルピー差には違いが無いこともわかりました。興味深い点は、直径2 nmのニッケルが接触するだけで直径10 nm以上のMgH2全体の水素の分解放出挙動が変化している点です。これはMgH2からの水素放出の律速がヒドリドイオンの酸化を伴う水素-水素結合形成過程であることを示唆する結果となっており、今後この過程の高効率化により水素貯蔵材料としての更なる特性向上が期待できます。また、この研究課題と並行してハイドロジェノミクスの領域内の複数の研究者との共同研究を進めました。この結果、昨年度に引き続き、A05班の濱田先生との共同論文を出版しました。
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Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(70 results)
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[Journal Article] Direct Imaging of Band Structure for Powdered Rhombohedral Boron Monosulfide by Microfocused ARPES2023
Author(s)
Katsuaki Sugawara, Haruki Kusaka, Tappei Kawakami, Koki Yanagizawa, Asuka Honma, Seigo Souma, Kosuke Nakayama, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Takashi Takahashi, Shin-ichi Orimo, Masayuki Toyoda, Susumu Saito, Takahiro Kondo, and Takafumi Sato
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Journal Title
Nano Letters
Volume: 23
Issue: 5
Pages: 1673-1679
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Rhombohedral Boron Monosulfide as a p-Type Semiconductor2023
Author(s)
Norinobu Watanabe, Keisuke Miyazaki, Masayuki Toyoda, Kotaro Takeyasu, Naohito Tsujii, Haruki Kusaka, Akiyasu Yamamoto, Susumu Saito, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Takashi Aizawa, Takao Mori, Masahiro Miyauchi, Takahiro Kondo
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Journal Title
Molecules
Volume: 28
Issue: 4
Pages: 1896-1896
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Electronic Topological Transition of 2D Boron by the Ion Exchange Reaction2022
Author(s)
Xiaoni Zhang, Yuki Tsujikawa, Ikuma Tateishi, Masahito Niibe, Tetsuya Wada, Masafumi Horio, Miwa Hikichi, Yasunobu Ando, Kunio Yubuta, Takahiro Kondo, Iwao Matsuda
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Journal Title
J. Phys. Chem. C
Volume: 126
Issue: 30
Pages: 12802-12808
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Chemical stability of hydrogen boride nanosheets in water2021
Author(s)
Kurt Irvin Rojas, Nguyen Thanh Cuong, Hiroaki Nishino, Ryota Ishibiki, Shin-ichi Ito, Masahiro Miyauchi, Yoshitaka Fujimoto, Satoshi Tominaka, Susumu Okada, Hideo Hosono, Nelson Jr., Arboleda, Takahiro Kondo, Yoshitada Morikawa, Ikutaro Hamada
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Journal Title
Communications Materials 2 (2021) 81. (8 pages)
Volume: 2
Issue: 1
Pages: 1-8
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Electronic structure of a borophene layer in rare-earth aluminum/chromium boride and its hydrogenated derivative, borophane2021
Author(s)
M. Niibe, M. Cameau, N. T. Cuong, O. I. Sunday, X. Zhang, Y. Tsujikawa, S. Okada, K. Yubuta, T. Kondo, I. Matsuda
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Journal Title
Phys. Rev. Mater.
Volume: 5
Issue: 8
Pages: 084007-084007
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Crystalline boron monosulfide nanosheets with tunable bandgaps2021
Author(s)
Kusaka Haruki、Ishibiki Ryota、Toyoda Masayuki、Tokunaga Tomoharu、Yamamoto Akiyasu、Miyakawa Masashi、Matsushita Kyosuke、Miyazaki Keisuke、Li Linghui、Shinde Satish Laxman、S. L. Lima Mariana、Sakurai Takeaki、Nishibori Eiji、Masuda Takuya、Horiba Koji、Watanabe Kenji、Taniguchi Takashi、Hosono Hideo、Kondo Takahiro
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Journal Title
Journal of Materials Chemistry A
Volume: 9
Issue: 43
Pages: 24631-24640
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Evaluating the interaction of hydrogen boride sheets and water2022
Author(s)
Kurt Irvin M Rojas, Nguyen Thanh Cuong, Hiroaki Nishino, Ryota Ishibiki, Shin-ichi Ito, Masahiro Miyauchi, Yoshitaka Fujimoto, Satoshi Tominaka, Susumu Okada, Hideo Hosono, Nelson B. Arboleda Jr., Takahiro Kondo, Yoshitada Morikawa, Ikutaro Hamada
Organizer
The 22nd International Vacuum Congress IVC-22
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[Presentation] 可変バンドギャップを持つ硫化ホウ素ナノシートの生成と評価2022
Author(s)
日下 陽貴, 石引 涼太, 豊田 雅之, 藤田 武志, 徳永 智春, 山本 明保, 宮川 仁, 松下 恭介, 宮﨑 啓佑, L. Li, S. S. Laxman, M. S. L. Lima, 櫻井 岳暁, 西堀 英治, 増田 卓也, 堀場 弘司, 渡邊 賢司, 齋藤 晋, 宮内 雅浩, 谷口 尚, 細野 秀雄, 近藤 剛弘
Organizer
第14回日本ホウ素・ホウ化物研究発表会
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[Presentation] Substitutional doping from boron to carbon in hydrogen boride sheets2021
Author(s)
R. Kawamura, R. Ishibiki, Y. Fujimoto, T. Goto, S. Ito, T. Fujita, T. Tokunaga, M. Miyauchi, S. Iimura, A. Yamamoto, D. Umeyama, S. Tominaka, S. Saito, H. Hosono, and T. Kondo
Organizer
The 9th International Symposium on Surface Science ~Toward Sustainable Development~
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[Presentation] Crystalline boron monosulfide nanosheets with tunable bandgaps2021
Author(s)
H. Kusaka, R. Ishibiki, M. Toyoda, T. Fujita, T. Tokunaga, A. Yamamoto, M. Miyakawa, K. Matsushita, K. Miyazaki, L. Li, S. S. Laxman, T. Sakurai, E. Nishibori, T. Masuda, K. Horiba, K.Watanabe, S.Saito, M. Miyauchi, T. Taniguchi, H. Hosono, and T. Kondo
Organizer
The 9th International Symposium on Surface Science ~Toward Sustainable Development~
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[Presentation] Crystalline boron monosulfide nanosheets with tunable bandgaps2021
Author(s)
H. Kusaka, R. Ishibiki, M. Toyoda, T. Fujita, T. Tokunaga, A. Yamamoto, M. Miyakawa, K. Matsushita, K. Miyazaki, L. Li, S. S. Laxman, T. Sakurai, E. Nishibori, T. Masuda, K. Horiba, K. Watanabe, S. Saito, M. Miyauchi, T. Taniguchi, H. Hosono, and T. Kondo
Organizer
Materials Research Meeting 2021 (MRM2021)
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Int'l Joint Research
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[Presentation] Substitutional doping from boron to carbon in hydrogen boride sheets2021
Author(s)
Riku Kawamura, Ryota Ishibiki, Yoshitaka Fujimoto, Taiga Goto, Shin-ichi Ito, Takeshi Fujita, Tomoharu Tokunaga, Masahiro Miyauchi, Soshi Iimura, Akiyasu Yamamoto, Daiki Umeyama, Satoshi Tominaka, Susumu Saito, Hideo Hosono and Takahiro Kondo
Organizer
Materials Research Meeting 2021 (MRM2021)
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