2017 Fiscal Year Annual Research Report
Functionality tuning based on morphological and structural control of low-dimensional hydroxide nanomaterials
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15H03534
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
馬 仁志 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (90391218)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 水酸化物 / ナノシート / イオン伝導 / 燃料電池 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度においては、ソフト化学的プロセスにより水酸化物ナノ物質の3d遷移金属組成及び結晶構造の高度制御を重点的に進めている。2価遷移金属イオンCo(II)とFe(II)の混合塩（モル比5：1）で加水分解により均一に沈殿させ、サイズ揃った高品質の層状水酸化物Co5/6Fe1/6(OH)2板状結晶を得た。これをヨウ素を用いた酸化処理によって、層間にヨウ素イオンが挿入されたCo(II)5/6-Fe(III)1/6層状複水酸化物（LDH）への変換に成功した。これまで殆どの層状複水酸化物の金属組成はM(II)2/3-M(III)1/3（モル比2：1）であることに対し、今回合成できたCo(II)5/6-Fe(III)1/6はその組成から電荷密度が半減になり、１層おきにイオンが挿入する２種類の層間環境、いわゆるsecond-staging構造をもつことが分かった。さらに、Co(II)5/6-Fe(III)1/6層状複水酸化物を化学剥離することによってナノシートが得られた。Co(II)5/6-Fe(III)1/6ナノシートはこれまで研究されてきた単層LDHナノシートM(II)2/3-M(III)1/3と異なる２層単元構造であり、電極活物質や触媒として優れた機能を示す予備的なデータを得た。
その一方、水酸化物ナノシートを用いた陰イオン伝導特性の機能開発において、絶縁基板の上に吸着したナノシートの上に微細加工技術により微小電極を形成し、シート1枚における究極的なイオン伝導挙動を評価した。相対湿度（50～95％）と温度（30～80°C）を制御した環境の中でイオン伝導度、活性化エネルギー及び水素結合環境などの変化を系統的に解析した。ナノシートは多くの水分を吸着でき、水の存在や水素結合がイオン伝導を促進するGrotthusホッピング機構が潜在的に優れていることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
29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 |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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