2020 Fiscal Year Research-status Report
蒸気重合法によるナノポーラスカーボン被覆チタン酸化物ナノ粒子の創製
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20K05108
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| Research Institution | Anan National College of Technology |
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Principal Investigator |
鄭 涛 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 准教授 (50737228)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西山 憲和 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (10283730)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 酸化チタン / チタン酸リチウム / リチウム電池 / カーボンコーテイング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【研究実績1】光触媒は、電化製品、農業、生活用品など様々な分野で実用化されており、その中でも酸化チタン（TiO2）は安価で人体に無害な物質として注目されている。しかし、紫外線しか吸収しないため反応効率が悪いという欠点を持つ。本研究では、蒸気重合法を用い、フルフリルアルコールを蒸気重合・炭化させることでナノポーラスカーボンを被覆したTiO2を作製した。カーボン被覆により、TiO2の高温においてのアナターゼ相からルチル相への相転移が抑制され、結晶構造の安定化が確認された。また、TiO2のまわりに3 wt～4 wt%のカーボンが被覆したことが確認され、重合時間によるカーボン被覆量の制御が可能であることが分かった。光触媒性能評価より、カーボン被覆TiO2はカーボンによる吸着とTiO2による光触媒の効果を両方確認でき、吸着と触媒作用のハイブリット化ができた。
【研究実績2】リチウムイオン電池の負極にチタン酸リチウム（Li4Ti5O12）を用いると、従来のカーボン電極より長寿命や高い安全性が期待されている。しかし、Li4Ti5O12は絶縁体であり電気伝導性が乏しいため、エネルギー効率の向上及び電気伝導性の改善が必須である。材料のナノ構造化、および炭素材料との複合化が問題の改善に有効であると考えられる。本研究では、テトロヒドロフランとチタンテトライソプロポキシドを原料として、数ナノレベルのアモルファスTiO2粒子を作製し、このTiO2を原料として、Li4Ti5O12を作製した。原料としてのアモルファスTiO2のFTIR測定を行うと、官能基が多くみられ、反応性が高いことが分かった。今後、カーボンとの複合を行うことで電極材料としての電気伝導性の向上を試みる。
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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
酸化チタン（TiO2）粒子の周りにナノポーラスカーボンのコーテイングに成功し、重合時間によるカーボン被覆量の制御も可能にできた。メチレンブルーを用いた触媒性能評価の方法を確立した。得られたカーボン複合光触媒にカーボンによる吸着作用とTiO2による光触媒作用を両方確認でき、吸着と触媒作用のハイブリット化に成功した。
また、高表面積・高活性のアモルファスTiO2を原料として用い、チタン酸リチウム（Li4Ti5O12）の合成に成功した。FTIRを用い、アモルファスTiO2の表面官能基について評価を行い、Li4Ti5O12の形成メカニズムについて解明できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
カーボン被覆酸化チタンの吸着・触媒効果を評価し、最適なカーボン被覆量を確認する。また、色素増感太陽電池の電極などへの応用についても検討を行う。
チタン酸リチウム（Li4Ti5O12）においては、粒子径・結晶構造などの物性を確認するとともに、リチウム電池の電池材料としての電気特性を評価する。また、Li4Ti5O12にナノポーラスカーボン被覆を行い、カーボン被覆による結晶構造・粒子径・導電性への影響について評価を行い、さらに電気特性を評価する。
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| Causes of Carryover |
当初購入予定の窒素吸着分析装置が金額が大きいため、購入できなかった。焼成炉の新規購入、電気特性を分析するソフトのバージョンアップなどに予算を使用したが、予定の使用額に差異が生じた。
また、コロナウィルスの関係で、学会参加による旅費が生じなかった。
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