| Project/Area Number |
22K04715
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
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| Research Institution | Kanto Gakuin University |
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Principal Investigator |
Tomono Kazuaki 関東学院大学, 理工学部, 准教授 (40516449)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本田 暁紀 東京理科大学, 理学部第一部化学科, 助教 (10812977)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 光電流 / 層状化合物 / 層間金属錯体 / 水素 / 触媒 / 水素発生 / 反応メカニズム / 光照射 / 価数制御 / pH / 層状酸化物 / 電気分解 / 金属錯体 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題の概要は，金属錯体(Co, Fe, Ni, Ru系)を層間にもつバーネサイト型MnO2薄膜を作製し，①良導電性竹炭/CNTとの複合化による水の電気分解に対する触媒能の向上(低エネルギー化と高収率化)，②電解装置直結のガスクロ-in situ分析による反応速度論的解析を行う。これらの系統的な研究結果と各種分光分析により高効率な電子伝達機構を明らかにするとともに触媒能向上の指針を打ち出すことを目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, layered MnO2 materials intercalated with metal complexes such as cobalt and chromium complexes were fabricated via an electrochemical method, and their use as anodes enabled hydrogen evolution at low potentials. In particular, the [Co(en)3]@MnO2 electrode exhibited a maximum hydrogen generation rate of 0.30 mL/h at +1.1 V (vs Ag/AgCl), suggesting that the intercalated complex functions as an electron shuttle. Raman spectroscopy confirmed the oxidation of Mn(III) to Mn(IV), and it was also revealed that light irradiation enhances both the oxidation current and hydrogen production. These findings demonstrate that the interlayer metal complexes impart photo-responsiveness and catalytic activity to the MnO2 structure.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究は、従来困難とされていた金属錯体を直接層間に導入した層状MnO2の電気化学的合成と、その光応答性を活かした水素発生触媒としての機能解明を実現した点で学術的に新規性が高い。混合原子価状態のMnO2における電子移動メカニズムの一端を解明し、光電変換材料や次世代水電解触媒の設計指針を提供する。一方で、自然エネルギー由来の過剰電力を用いたクリーンな水素生成技術として、水素社会の実現に貢献しうる持続可能な分散型エネルギー技術への応用が期待される。
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