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二次元ナノシートの階層的集積構造に基づく電荷移動の制御とその応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K14428
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分基金
研究分野 構造・機能材料
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

坂井 伸行  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (70431822)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
キーワードナノシート / 超薄膜 / レイヤーバイレイヤー法 / ヘテロ積層 / 光電荷分離 / 光触媒 / 光誘起超親水化特性 / エネルギー貯蔵 / 酸化チタン / 還元型酸化グラフェン / 硫化モリブデン / ヘテロ界面 / 電荷分離 / 蓄電 / 酸化マンガン / コバルト / ドーピング / 蓄電池 / ナノ材料 / 超格子 / 太陽光発電 / 超親水性
研究成果の概要

本研究では、異なる種類の二次元ナノシートを階層的に集積させた構造を構築し、異種ナノシート界面における効率的な電荷移動に基づくさまざまな特性の向上を達成できた。還元型酸化グラフェンとヘテロ接合した酸化チタンナノシートは光電荷分離効率が増加し、光誘起親水化活性が向上した。酸化マンガンナノシートと還元型酸化グラフェンを交互にヘテロ積層した複合材料では、蓄電デバイスの高容量化と長寿命化を達成できた。酸化チタンナノシート再積層体を単層の硫化モリブデンナノシートで修飾することで水素生成光触媒活性が向上した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、異なる電子構造を持つナノシートのヘテロ積層により、光電荷分離効率の向上や分離した電荷の光誘起親水化反応への利用を実現できた。この成果は、高効率な光触媒や太陽電池、発光デバイスなどへの応用につながるものと期待できる。また、このヘテロ構造は簡便で安価でありながら、ナノレベルで構造を設計できるレイヤーバイレイヤー法により作製でき、材料創製の観点からも意義のある成果が得られた。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 7件、 招待講演 3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Monolayer Attachment of Metallic MoS2 on Restacked Titania Nanosheets for Efficient Photocatalytic Hydrogen Generation2018

    • 著者名/発表者名
      Leanddas Nurdiwijayanto, Jinghua Wu, Nobuyuki Sakai, Renzhi Ma, Yasuo Ebina, Takayoshi Sasaki
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 1 号: 12 ページ: 6912-6918

    • DOI

      10.1021/acsaem.8b01319

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spontaneous Direct Band Gap, High Hole Mobility, and Huge Exciton Energy in Atomic-Thin TiO2 Nanosheet2018

    • 著者名/発表者名
      Wei Zhou, Naoto Umezawa, Renzhi Ma, Nobuyuki Sakai, Yasuo Ebina, Koki Sano, Mingjie Liu, Yasuhiro Ishida, Takuzo Aida, Takayoshi Sasaki
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 30 号: 18 ページ: 6449-6457

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.8b02792

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Synthesis and Substitution Chemistry of Redox-Active Manganese/Cobalt Oxide Nanosheets2018

    • 著者名/発表者名
      Sakai Nobuyuki、Fukuda Katsutoshi、Ma Renzhi、Sasaki Takayoshi
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 30 号: 5 ページ: 1517-1523

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.7b04068

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unilamellar Metallic MoS2/Graphene Superlattice for Efficient Sodium Storage and Hydrogen Evolution2018

    • 著者名/発表者名
      Xiong Pan、Ma Renzhi、Sakai Nobuyuki、Nurdiwijayanto Leanddas、Sasaki Takayoshi
    • 雑誌名

      ACS Energy Letters

      巻: 3 号: 4 ページ: 997-1005

    • DOI

      10.1021/acsenergylett.8b00110

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Genuine Unilamellar Metal Oxide Nanosheets Confined in a Superlattice-like Structure for Superior Energy Storage2018

    • 著者名/発表者名
      Xiong Pan、Ma Renzhi、Sakai Nobuyuki、Sasaki Takayoshi
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 12 号: 2 ページ: 1768-1777

    • DOI

      10.1021/acsnano.7b08522

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Insight into the structural and electronic nature of chemically exfoliated molybdenum disulfide nanosheets in aqueous dispersions2018

    • 著者名/発表者名
      Nurdiwijayanto Leanddas、Ma Renzhi、Sakai Nobuyuki、Sasaki Takayoshi
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 47 号: 9 ページ: 3014-3021

    • DOI

      10.1039/c7dt03706f

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stability and Nature of Chemically Exfoliated MoS2 in Aqueous Suspensions2017

    • 著者名/発表者名
      Nurdiwijayanto Leanddas、Ma Renzhi、Sakai Nobuyuki、Sasaki Takayoshi
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 56 号: 14 ページ: 7620-7623

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.7b01354

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Modulation of Photochemical Activity of Titania Nanosheets via Heteroassembly with Reduced Graphene Oxide. Enhancement of Photoinduced Hydrophilic Conversion Properties2016

    • 著者名/発表者名
      N. Sakai, K. Kamanaka, and T. Sasaki
    • 雑誌名

      JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C

      巻: 120 号: 42 ページ: 23944-23950

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.6b06842

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] マンガン/コバルト比を変えた酸化物ナノシートの合成と置換化学2019

    • 著者名/発表者名
      坂井伸行、佐々木高義
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Synthesis and Electrochemical Property of Manganese/Cobalt Oxide Nanosheets2019

    • 著者名/発表者名
      Nobuyuki Sakai、Takayoshi Sasaki
    • 学会等名
      MANA International Symposium 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of Cobalt Doping on the Crystal Structure, Electronic Structure, and Electrochemical Property of Mn1-xCoxO2 Nanosheets2019

    • 著者名/発表者名
      Nobuyuki Sakai、Takayoshi Sasaki
    • 学会等名
      The 2nd International Symposium on Chemistry of Nanomaterials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 異種ナノシートのヘテロ接合による光誘起親水化特性の向上2017

    • 著者名/発表者名
      坂井伸行、鎌仲渓、海老名保男、佐々木高義
    • 学会等名
      電気化学会第84回大会
    • 発表場所
      首都大学東京(東京都・八王子市)
    • 年月日
      2017-03-27
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Modulation of Photoinduced Hydrophilic Conversion Property via Heteroassembly of Various 2D Nanosheets2017

    • 著者名/発表者名
      Kei Kamanaka, Nobuyuki Sakai, Yasuo Ebina, Takayoshi Sasaki
    • 学会等名
      International Conference on Nano-Materials for Energy and Life
    • 発表場所
      Wangchan Valley(タイ)
    • 年月日
      2017-02-06
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ヘテロ接合した酸化チタンナノシート表面における色素の光触媒分解2017

    • 著者名/発表者名
      坂井伸行、鎌仲渓、海老名保男、佐々木高義
    • 学会等名
      2017年電気化学秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Hetero-Nanostructured Films of 2D Nanosheets and Their Properties Based on Photoinduced Charge Transfer2017

    • 著者名/発表者名
      Sakai Nobuyuki、Sasaki Takayoshi
    • 学会等名
      International Workshop on Advanced Nanoscience and Nanomaterials 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 酸化グラフェンと酸化物ナノシートのヘテロ接合とその光機能2017

    • 著者名/発表者名
      坂井伸行、佐々木高義
    • 学会等名
      グラフェン・酸化グラフェン合同シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 異種ナノシートとのヘテロ接合による酸化チタンナノシートの光誘起超親水化活性の制御2016

    • 著者名/発表者名
      鎌仲渓、坂井伸行、海老名保男、佐々木高義
    • 学会等名
      第32回日本イオン交換研究発表会
    • 発表場所
      関西大学(大阪府・吹田市)
    • 年月日
      2016-10-27
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Design of titania nanosheet films through integration with various nanosheets to enhance photoinduced hydrophilic conversion property2016

    • 著者名/発表者名
      Kei Kamanaka, Nobuyuki Sakai, Yasuo Ebina, Takayoshi Sasaki
    • 学会等名
      Tsukuba Global Science Week 2016
    • 発表場所
      筑波大学(茨城県・つくば市)
    • 年月日
      2016-09-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Heteroassembly of titania nanosheet with various 2D oxides to enhance photoinduced hydrophilic conversion property2016

    • 著者名/発表者名
      Kei Kamanaka, Nobuyuki Sakai, Takayoshi Sasaki
    • 学会等名
      6th International Workshop on Layered Materials
    • 発表場所
      Kutna Hora(チェコ)
    • 年月日
      2016-09-05
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoinduced superhydrophilicity of titania nanosheets and improvement of their activity via heteroassembly with other 2D nanosheets2016

    • 著者名/発表者名
      Nobuyuki Sakai, Kei Kamanaka, Yasuo Ebina, Takayoshi Sasaki
    • 学会等名
      NCKU - MANA Workshop on 2D Materials
    • 発表場所
      NIMS(茨城県・つくば市)
    • 年月日
      2016-08-05
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [産業財産権] 二次電池用負極電極、その製造方法およびそれを用いた二次電池2018

    • 発明者名
      佐々木高義、馬仁志、ションパン、坂井伸行
    • 権利者名
      国立研究開発法人物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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