2019 Fiscal Year Annual Research Report
Design of carbon nanotube-based advanced materials for environmental friendly energy-oriented society
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16H02083
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
中嶋 直敏 九州大学, カーボンニュートラル・エネルギー国際研究所, 特任教授 (80136530)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白木 智丈 九州大学, 工学研究院, 准教授 (10508089)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | カーボンナノチューブ / 分離 / 超分子科学 / 長鎖フラビン / ハイブリッド触媒 / 非白金型触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
課題１（次世代のエコエネルギー社会が求めるイモータル（不死身）燃料電池触媒の創成）および、課題２（簡便かつ超高効率での半導体性単層カーボンナノチューブ(SWNT)と金属性SWNTの分離法開発;これらは、次世代エレクトロニクス、エネルギー、環境分野における革新的エコ素材となる）の２つの課題に焦点を当てて、研究を推進している。（１）金属性SWNTと半導体性SWNTの効率がよい分離法として超分子科学的手法による金属性SWNTと半導体性SWNTの高効率分離を行った。具体的には、長鎖基を持つフラビン誘導体を設計、合成し、これらのSWNT表面での自己集合を利用して、高選択的な半導体性SWNTの分離を達成した。さらに、分離のメカニズムを解明した。また、分離後、リンスにより簡単に分離材のフラビンを除去できることを示した。（２）高効率カルボン酸還元アルコール合成カソードの開発を目指して、安価で目的に沿った酸化チタン(TiO2)を用いて、PBIポリマー被覆多層カーボンナノチューブ（MWNT）を素材として、MWNT/PBI/TiO2複合電極触媒をデザインして、これを水熱合成法で合成した。また、TiO2 ナノロッド上にイリジウム(Ir)ナノ粒子を固定した触媒、Ir-TiO2ナノロッドを設計合成し、EDS、HAADF-STEM, 電子線回折、高分解TEM, およびSTEMによる元素マッピングでナノ構造を解析した。これらの触媒は、高いポリマー電解質アルコール電極触媒能を示すことを見出した。（３）高価な白金を用いないで、安価なニッケル、鉄、硫黄を原料とする新規酸素還元触媒を設計、合成した。
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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
申請の２つの課題、課題１（次世代のエコエネルギー社会が求めるイモータル（不死身）燃料電池触媒の創成）および、課題２（簡便かつ超高効率での半導体性単層カーボンナノチューブ(SWNT)と金属性SWNTの分離法開発に対して、実績の概要で記載の成果を得ている。この成果は、目的に沿ったもので、カーボンナノチューブを素材とした次世代ナノ材料開発に対して重要な成果である。特に、超分子科学を基盤とした半導体性単層カーボンナノチューブ(SWNT)と金属性SWNTの分離法開発は、これまでの分離法を遥かに凌駕する、簡便な、かつ効率的な分離法の開拓を示したものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの成果を踏まえて、次の実験を行なう。課題１に対して、極めて安価な鉄、ニッケル、硫黄を素材として、カーボンナノチューブとのコンポジット触媒をデザイン、水熱合成法により合成し、それらの特性を精査する（酸素還元能、酸素発生能、耐久性、空気亜鉛電池作成など）。課題２では、フラビン/イソアロキサジン類縁体を用いたさらに高効率の金属性単層CNTと半導体性CNTの高効率分離研究行い、世界で最高レベルの簡便で効率的な分離法をの指針を提案する。また、半導体性CNTについて、キラリティ選択分離が可能な分離材を開拓する。
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