2019 Fiscal Year Research-status Report
高容量を指向した光電変換Mn酸化物の作製とイオン挿入脱離機構の解明
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19K05007
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| Research Institution | Kanto Gakuin University |
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Principal Investigator |
友野 和哲 関東学院大学, 理工学部, 准教授 (40516449)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
隅本 倫徳 山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (40414007)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 層状化合物 / 層間金属錯体 / 光電流 / キャパシタ材料 / 挿入脱離機構の解明 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
可逆な酸化還元により駆動するレドックスキャパシタ材料である層状MnO2の層間に酸化還元活性な金属錯体を挿入することで，比容量が増加(3－5倍)することを初めて見出した。さらに，光電流(2－9倍)も波長依存性を示した。本研究課題の目的は，金属錯体(Co，Fe，Ru系)/層状MnO2薄膜を作製し，①竹炭との複合化により大容量化と光電変換の高効率化の達成，②比容量等の電気化学性能を左右するイオンの挿入・脱離機構を明らかにすることである。
2019年度では，伝導補助剤である竹炭基板作製の最適化(粒子の作製条件・電気泳動条件)およびCo系金属錯体を層間イオンとする層状MnO2薄膜の作製と電気化学特性に関する研究を進めた。結果として，従来の竹炭製造に比べて再現性が非常に高い製造方法を見出した。また，最適条件での薄膜のキャパシタンスは850F/g（目標；500F/g)に達した。また，これまで50サイクル後の容量は50%程度低下して定常化していたが，本研究で作製した薄膜では50サイクルまでの容量低下率は7%以下であった。Co系金属錯体を層間にもつ層状酸化物薄膜において高容量と高安定性を示す結果を得られた。光照射実験も実施したが，最適化には至っていない。また，光照射することで水の電気分解が進行していると考えられる。この水の電気分解に関しても通常の電気分解に比べて低いエネルギーで分解できることがわかっており，新たな研究課題の創出となった。
2020年度以降では，2019年度で得られた高容量および高安定性の実験データを他の金属錯体群に展開し，検討を進める。
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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
高い再現性の竹炭製造法を確立できた。850F/gの高容量と50サイクルまでの容量低下が7%以内のCo錯体を層間イオンとする層状Mn酸化物の薄膜の最適条件を見出した。申請書類の2019年度には500F/g以上を目標値としていたので性能としては予想以上に良い結果を得た。しかし，光照射により容量が増えることが明らかになったが，水の分解反応と考えられる反応が進行し，発生した気泡により薄膜の安定性が低下することがわかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
1年目において，Co系金属錯体を層間イオンとする薄膜において高容量化と高安定性に関する知見を得られた。竹炭製造法は確立できた。2020年度以降では，金属錯体を変更した際の性能の比較および光電気化学の諸条件の検討を進める。また，イオンの挿入脱離機構を理解するため，各種条件変更した薄膜を作製して，傾向を探る。
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| Causes of Carryover |
コロナウィルスの影響で実験進捗が停滞することを予想し，当初購入予定であった酸化しやすい試薬の購入をキャンセルした。次年度使用額と合わせてタイミングを見計らって試薬を購入する。
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