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窒化炭素構造体を基盤とする新奇二次元物質を用いた高効率電極触媒の創製

研究課題

研究課題/領域番号 17K14546
研究種目

若手研究(B)

配分区分基金
研究分野 無機工業材料
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

坂牛 健  国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主任研究員 (50756484)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード電極過程 / エネルギー変換 / 多電子・多プロトン移動反応 / 電極触媒 / 窒化炭素構造体 / 構造-特性相関 / 多電子-多プロトン移動反応 / 律速過程 / 高結晶化
研究成果の概要

窒化炭素構造体を高結晶化させ、その物質を基盤に化学構造と結晶構造が精密に制御された非白金電極触媒の作製とその高活性化を試みた。結果として、X線回折パターンで比較し、従来の非晶質に近かった構造体と比較して、結晶性の高い窒化炭素構造体の合成に成功した。また、この高結晶窒化炭素構造体を二次元物質化することで、活性な電極触媒になることを見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、新奇な二次元物質の合成とそのエネルギー材料としての展開を志向した。新しい物質には、新しい物性が期待でき、その新物性を軸に更なる応用展開が期待できる。この様に、本研究成果の学術的意義とは、新材料を合成し、これまでになかった物性を開拓することによって、既存の物質には持ち得ない機能を持つ材料を獲得することである。
当該研究の社会的意義としては、エネルギー変換に関わる鍵材料である電極触媒の機能開拓に注力したことである。これは、電池や燃料電池の特性を飛躍的に向上させることを社会より求められており、それを本研究成果は新奇材料による新物性を開拓することによって、この要請に堪えることを目指した。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 4件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件、 招待講演 4件) 図書 (2件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] Ulm University(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Salzburg University(オーストリア)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] マックスプランク コロイド・界面研究所(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] The Role of Nitrogen-doping and the Effect of the pH on the Oxygen Reduction Reaction on Highly Active Nitrided Carbon Sphere Catalysts2019

    • 著者名/発表者名
      M. Eckardt, K. Sakaushi, A. Lyalin, M. Wassner, N. Husing, T. Taketsugu, and R.J. Behm
    • 雑誌名

      Electrochim. Acta

      巻: 299 ページ: 736-748

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2019.01.046

    • 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] Microscopic Electrode Processes in the Four-Electron Oxygen Reduction on Highly-Active Carbon-based Electrocatalysts2018

    • 著者名/発表者名
      K. Sakaushi, M. Eckardt, A. Lyalin, T. Taketsugu, R. J. Behm, and K. Uosaki
    • 雑誌名

      ACS Catal.

      巻: 8 号: 9 ページ: 8162-8176

    • DOI

      10.1021/acscatal.8b01953

    • 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] Multielectron-Transfer-based Rechargeable Energy Storage of Two-Dimensional Coordination Frameworks with Non-Innocent Ligands2018

    • 著者名/発表者名
      Wada Keisuke、Sakaushi Ken、Sasaki Sono、Nishihara Hiroshi
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 57 号: 29 ページ: 8886-8890

    • DOI

      10.1002/anie.201802521

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum-to-Classical Transition of Proton-Transfer in Potential-Induced Dioxygen Reduction2018

    • 著者名/発表者名
      K. Sakaushi, A. Lyalin, T. Taketsugu, and K. Uosaki
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 121 号: 23 ページ: 236001-236001

    • DOI

      10.1103/physrevlett.121.236001

    • 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] 蓄電システムを最適化する充電池2018

    • 著者名/発表者名
      坂牛健
    • 雑誌名

      現代化学

      巻: 8 ページ: 14-14

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] 波打つ構造が電極過程を変える!2017

    • 著者名/発表者名
      坂牛 健
    • 雑誌名

      化学

      巻: 72 ページ: 23-27

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [雑誌論文] 二次元共有結合性“グラファイト状”物質における層間隔の重要性2017

    • 著者名/発表者名
      Markus Antonietti, 坂牛 健
    • 雑誌名

      現代化学

      巻: 557 ページ: 38-40

    • NAID

      40021252286

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際共著
  • [雑誌論文] 21世紀の窒化炭素構造体: 19世紀に生きた科学者の目標と現代科学における挑戦2017

    • 著者名/発表者名
      坂牛 健
    • 雑誌名

      現代化学

      巻: 557 ページ: 34-37

    • NAID

      40021252280

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] π共役系二次元構造体を用いた微視的エネルギー変換機構の理解と開拓2019

    • 著者名/発表者名
      坂牛健
    • 学会等名
      ナノシート科学:ナノシートの表面・界面科学と機能創発
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Mutielectron-Transfer-based Energy Storage Mechanism of Conductive Coordination Framework2019

    • 著者名/発表者名
      Ken Sakaushi, Keisuke Wada, Hiroshi Nishihara
    • 学会等名
      99th CSJ Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Influence of the Structure and the pH on the Oxygen Reduction Reaction on Nitrided Carbon as ORR catalysts2018

    • 著者名/発表者名
      Markus Eckardt, R. Jurgen Behm, Ken Sakaushi, Andrey Lyalin, Maximillian Wassner, Nicola Husing, Tetuya Taketsugu
    • 学会等名
      16th Ulm Electrochemical Talks (UECT2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Rationally-Assembled Frameworks as Model Material Systems for Basic Science of Energy Conversion/Storage Mechanisms.2018

    • 著者名/発表者名
      Ken Sakaushi
    • 学会等名
      6th WMRIF Early Career Scientist Summit
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Designer Materials to Unveil Microscopic Mechanisms of Energy Storage/Conversion Electrode Processes2018

    • 著者名/発表者名
      Ken Sakaushi
    • 学会等名
      Special NECEM Seminar
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Influence of the N-content on the ORR activity and mechanism on nitrogen doped carbon spheres2018

    • 著者名/発表者名
      M. Eckardt, Ken Sakaushi, M. Wassner, N. Husing, R. J. Behm
    • 学会等名
      51st German Catalysis
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Rationally-Assembled Frameworks as Model Material Systems for Basic Science of Energy Conversion/Storage Mechanisms: From Tunable-Electronic Properties to Controlled Electrochemical Reactions2018

    • 著者名/発表者名
      Ken Sakaushi
    • 学会等名
      Asian International Symposium in CSJ Annual Meeting 2018
    • 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] Highly Efficient Energy Conversion Reactions of Carbon-, Nitrogen-based Frameworks2017

    • 著者名/発表者名
      Ken Sakaushi
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Nitrides and Related Material
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 窒化炭素構造体による高効率エネルギー変換電極過程2017

    • 著者名/発表者名
      坂牛 健
    • 学会等名
      日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [図書] Two‐Dimensional Organic and Hybrid Porous Frameworks as Novel Electronic Material Systems: Electronic Properties and Advanced Energy Conversion Functions2018

    • 著者名/発表者名
      Ken Sakaushi
    • 総ページ数
      25
    • 出版者
      Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
    • ISBN
      9783527807369
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [図書] Emerging 2D Materials2018

    • 著者名/発表者名
      Ken Sakaushi
    • 総ページ数
      14
    • 出版者
      Wiley‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
    • ISBN
      9783527808311
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/sakaushi/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] SAMURAI

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/SAKAUSHI_Ken?locale=en

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] Ken Sakaushi's Website

    • URL

      https://sites.google.com/site/sakaushiken/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] SAMURAI(物質・材料研究機構研究者総覧)

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/sakaushi_ken?locale=ja

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2020-03-30  

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