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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Synthesis of Zeolite-Templated Carbon from Ionic Liquids

Research Project

Project/Area Number 26286020
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

西原 洋知  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (80400430)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywordsイオン液体 / ゼオライト / ヘテロ原子 / 電気化学キャパシタ / 燃料電池
Outline of Annual Research Achievements

H28年度は、昨年度合成に成功したBN含有ゼオライト鋳型炭素のXPSや電子顕微鏡による構造解析を進めた。XPSによる分析から、Bの存在形態としてBC3, BC2O, BCO2, BNが主たるものであり、酸化型(BO3)は殆ど存在しないことが明らかとなった。また電子顕微鏡観察からゼオライトに由来する規則構造の維持が確認された。BN含有ゼオライト鋳型炭素において確認された電気化学キャパシタの疑似容量へのB含有官能基の寄与を調べるため、ポスト修飾によりBCO2のみを大量にドープしたゼオライト鋳型炭素を調製して検討を行った結果、BCO2基は疑似容量に関与しないことが明らかになった。すなわち、BN含有ゼオライト鋳型炭素の疑似容量の起源はBC3, BC2O, BNのいずれかであることが明らかとなった。ホウ素含有炭素の疑似容量の起源については従来は曖昧にしか理解されてこなかったが、今回の検討で該当する部位を絞り込むことができた。しかしながら、BN含有ゼオライト鋳型炭素の疑似容量はNのみを含有するゼオライト鋳型炭素には及ばないことがわかった。電気化学キャパシタの疑似容量増加の方法として、BNドープがNドープよりも優れているとする論文が複数報告されているが、少なくともゼオライト鋳型炭素の場合にはNドープのみの方が有利であることがわかった。
ゼオライト鋳型炭素および一般の炭素材料のエッジサイトの電気化学的な反応性に関する基礎検討も進めた結果、電気化学キャパシタにおける酸化劣化の原因の1つが水素終端エッジサイトであることを実験的に明らかにした。この知見を利用すれば、安価な活性炭に簡単な処理を施すことで高耐久性のキャパシタ電極を作製することが可能となる。
一方、BN含有ゼオライト鋳型炭素の酸素還元活性を評価した結果、Nのみを含有する試料より活性が高いことが示された。今後、触媒としての利用が期待される。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (19 results)

All 2017 2016 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 11 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Ben-Gurion University of the Negev(イスラエル)

    • Country Name
      ISRAEL
    • Counterpart Institution
      Ben-Gurion University of the Negev
  • [Int'l Joint Research] Ioffe Physical-Technical Institute(ロシア連邦)

    • Country Name
      RUSSIA FEDERATION
    • Counterpart Institution
      Ioffe Physical-Technical Institute
  • [Int'l Joint Research] CSIC(スペイン)

    • Country Name
      SPAIN
    • Counterpart Institution
      CSIC
  • [Journal Article] Nuclear magnetic resonance study of zeolite-templated carbon2016

    • Author(s)
      A. M. Panich, V. Y. Osipov, H. Nishihara, T. Kyotani
    • Journal Title

      Synthetic Metals

      Volume: 221 Pages: 149-152

    • DOI

      10.1016/j.synthmet.2016.08.021

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of heteroatoms in ordered microporous carbons on their electrochemical capacitance2016

    • Author(s)
      H. Itoi, H. Nishihara, T. Kyotani
    • Journal Title

      Langmuir

      Volume: 32 Pages: 11997-12004

    • DOI

      10.1021/acs.langmuir.6b02667

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 単層グラフェン多孔体2017

    • Author(s)
      西原洋知
    • Organizer
      第17回ナノテク高機能テキスタイル基盤技術研究会
    • Place of Presentation
      信州大学(上田市)
    • Year and Date
      2017-03-10 – 2017-03-10
    • Invited
  • [Presentation] Elastic carbon nanosponges2017

    • Author(s)
      Hirotomo Nishihara
    • Organizer
      CBNM5
    • Place of Presentation
      信州大学(長野市)
    • Year and Date
      2017-02-22 – 2017-02-22
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] グラフェン多孔体による高耐電圧キャパシタ2016

    • Author(s)
      西原洋知
    • Organizer
      第6回CSJ化学フェスタ2016
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京)
    • Year and Date
      2016-11-16 – 2016-11-16
    • Invited
  • [Presentation] 炭素材料の構造と電気化学的劣化との相関2016

    • Author(s)
      西原洋知
    • Organizer
      電気化学セミナー4 「研究・開発のための電気化学測定法」エネルギーデバイスの解析・評価技術
    • Place of Presentation
      東京理科大学神楽坂キャンパス(東京)
    • Year and Date
      2016-11-15 – 2016-11-15
    • Invited
  • [Presentation] カーボン系材料のナノ空間制御とエネルギー貯蔵への応用2016

    • Author(s)
      西原洋知
    • Organizer
      第30回日本吸着学会研究発表会
    • Place of Presentation
      長崎大学(長崎市)
    • Year and Date
      2016-11-10 – 2016-11-11
    • Invited
  • [Presentation] Nanoporous materials with single-layer graphene walls2016

    • Author(s)
      Hirotomo Nishihara
    • Organizer
      KU-GCG Forum 2016 - Green Innovation for Future
    • Place of Presentation
      バンコク, タイ
    • Year and Date
      2016-09-09 – 2016-09-09
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] グラフェン系多孔体電極2016

    • Author(s)
      西原洋知
    • Organizer
      第12回スキルアップセミナー
    • Place of Presentation
      日本教育会館8階第三会議室(東京)
    • Year and Date
      2016-09-02 – 2016-09-02
    • Invited
  • [Presentation] Oxidation-resistant and elastic mesoporous carbon with single-layer graphene walls2016

    • Author(s)
      Hirotomo Nishihara
    • Organizer
      The 3rd CWRU-Tohoku Joint workshop
    • Place of Presentation
      東北大学(仙台市)
    • Year and Date
      2016-08-09 – 2016-08-10
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Preparation of a high surface area ordered microporous carbon co-doped with nitrogen and boron2016

    • Author(s)
      Alberto Castro-Muniz, Hirotomo Nishihara, Tetsuya Hirota, Mao Ohwada, Li Li-Xiang, Tetsuya Thuda, Susumu Kuwabata, and Takashi Kyotani
    • Organizer
      CWRU-TU 3rd Joint workshop
    • Place of Presentation
      東北大学(仙台市)
    • Year and Date
      2016-08-09 – 2016-08-10
  • [Presentation] Nitrogen and boron co-doping in ordered microporous carbon by using hard template method2016

    • Author(s)
      Alberto Castro-Muniz, Hirotomo Nishihara, Tetsuya Hirota, Mao Ohwada, Li-Xiang Li, Tetsuya Thuda, Susumu Kuwabata, and Takashi Kyotani
    • Organizer
      Carbon2016
    • Place of Presentation
      Pennsylvania, USA
    • Year and Date
      2016-07-10 – 2016-07-15
  • [Presentation] Graphene-based porous frameworks for supercapacitors2016

    • Author(s)
      Hirotomo Nishihara, Takashi Kyotani
    • Organizer
      5th International Conference from Nanoparticles and Nanomaterials to Nanodevices and Nanosystems
    • Place of Presentation
      Porto Heli, Greece
    • Year and Date
      2016-06-29 – 2016-06-29
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Graphene-based 3D frameworks for energy storage2016

    • Author(s)
      Hirotomo Nishihara, Takashi Kyotani
    • Organizer
      The International Conference on Small Science
    • Place of Presentation
      Purague, Czech Republic
    • Year and Date
      2016-06-26 – 2016-06-26
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Graphene-based 3D frameworks for electrochemical capacitors2016

    • Author(s)
      Hirotomo Nishihara, Takashi Kyotani
    • Organizer
      2016 International Conference on Advanced Capacitors
    • Place of Presentation
      びわ湖大津プリンスホテル(大津市)
    • Year and Date
      2016-05-23 – 2016-05-27
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] ナノ空間材料ハンドブック2016

    • Author(s)
      西原洋知, 京谷隆
    • Total Pages
      15
    • Publisher
      NTS

URL: 

Published: 2018-01-16   Modified: 2022-02-16  

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