2022 Fiscal Year Research-status Report
Creating new catalyst materials using boron monosulfide nanosheets
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22K18964
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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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) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Keywords | 硫化ホウ素 / ホウ素 / 触媒 |
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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硫化ホウ素シートを基軸に用い，新しい触媒材料群を創出することです。硫化ホウ素シートは二硫化モリブデンのモリブデン原子を二つのホウ素原子で置換した結晶構造を持つ二次元物質です。本年度の研究により、硫化ホウ素シートが積層した菱面体硫化ホウ素をグラフェン粉末と１：２の質量比で混合すると、アルカリ中での酸素生成反応に対する電極触媒活性が市販のRuO2よりも高い性能を示すことを見出しました。耐久性や繰り返し特性も優れており、X線回折、ラマン散乱分光、X線光電子分光、走査電子顕微鏡観察などから、使用前後で組成や構造に大きな変化が無いこともわかりました。一方で100時間などの長時間使用をすると生成酸素ガスの吹き出しなどの影響と思われる電極からの触媒剥離が起こり、性能が劣化することもわかりました。これを防ぐためにニッケルフォームを用いて触媒を担持したところ100時間でも性能が劣化せず高い触媒性能が維持されることがわかりました。さらに東工大の宮内研究室との共同研究で菱面体硫化ホウ素が様々な優れた光触媒としての機能を有していることが示されました。来年度はこれらの本年度見出した新しい優れた触媒特性に着目し、触媒活性を決める部位や触媒反応メカニズムを明らかにし、更なる性能向上への材料設計指針とすることで本研究で見出した新しい触媒材料の性能をさらに向上させてまいります。
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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
硫化ホウ素シートが積層した菱面体硫化ホウ素をグラフェン粉末と１：２の質量比で混合すると、アルカリ中での酸素生成反応に対する電極触媒活性が市販のRuO2よりも高い性能を示すことを見出し、ニッケルフォームを用いて触媒を担持したところ100時間でも性能が劣化せず高い触媒性能が維持されることがわかりました。さらに東工大の宮内研究室との共同研究で菱面体硫化ホウ素が様々な優れた光触媒としての機能を有していることも示されました。以上より研究はおおむね順調に進展しているといえます。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度見出した新しい優れた触媒特性に着目し、触媒活性を決める部位や触媒反応メカニズムを明らかにし、更なる性能向上への材料設計指針とすることで本研究で見出した新しい触媒材料の性能をさらに向上させてまいります。
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Research Products
(30 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
Pages: 1673-1679
DOI
Peer Reviewed
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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
Pages: 1896 (9 pages)
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Presentation] r-BS as a promising high-performance metal-free electrocatalyst for OER2023
Author(s)
Linghui Li, Satoshi Hagiwara, Cheng Jiang, Haruki Kusaka, Norinobu Watanabe, Takeshi Fujita, Akiyasu Yamamoto, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Hideo Hosono, Fumiaki Kuroda, Minoru Otani, Takahiro Kondo
Organizer
第15回 日本ホウ素・ホウ化物研究会
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[Presentation] Investigation of carrier properties of rhombohedral boron sulfide2023
Author(s)
N. Watanabe, K. Miyazaki, M. Toyoda, K. Takeyasu, N. Tsujii, H. Kusaka, A. Yamamoto, S. Saito, M. Miyakawa, T. Taniguchi, T. Aizawa, T. Mori, M. Miyauchi, T. Kondo
Organizer
第15回 日本ホウ素・ホウ化物研究会
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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
Int'l Joint Research
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