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配位高分子/半導体ヘテロ接合ナノ薄膜の創製とその電子/ホール制御機能

研究課題

研究課題/領域番号 18H01988
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分34010:無機・錯体化学関連
研究機関山形大学

研究代表者

栗原 正人  山形大学, 理学部, 教授 (50292826)

研究分担者 石崎 学  山形大学, 理学部, 講師 (60610334)
八木 政行  新潟大学, 自然科学系, 教授 (00282971)
研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2020年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2019年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
2018年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
キーワードナノ微粒子 / 配位高分子 / プルシアンブルー / 触媒 / OER / 電気化学触媒 / 炭素電極 / 炭素多孔質電極 / 炭素多孔質体 / 半導体 / 複合電極 / ヘテロ接合薄膜 / イオン伝導
研究成果の概要

本研究では、プルシアンブルー類似体(PBA)ナノ粒子の表面修飾により安定に水に分散させたナノインクの独自の作製技術を利用し、具体的には、Fe、Co、NiからなるPBAナノ粒子を使って、水の電気化学的酸化反応(酸素発生反応、OER)触媒の開発を進めた。FeとNiの金属組成を系統的に制御したFe-Ni PBAナノ粒子をカーボンペーパー電極に担持することで、アルカリ水溶液(KOH)中での加水分解を経由して、世界最高性能のOER機能を示すLayered-Double-Hydroxide (LDH) ナノフレーク状粒子触媒の作製に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

水⇒酸素(酸化:OER)と酸素⇒水(還元:ORR)を電気化学的に組み合わせた金属-空気二次電池は、安価で豊富な亜鉛を用いることで、環境問題の解決にも繋がる大容量二次電池が作製できる。その過電圧を小さくする触媒開発が求められている。OERとORRを電解質水溶液//電極//空気の界面で機能させるため、炭素多孔質電極であるカーボンペーパーの活用が注目されている。本研究で、Fe-Ni PBAナノ粒子をカーボンペーパーに簡便な方法で担持し、世界最高性能のOER機能を示すLDHナノフレーク触媒の開発に成功したことは、学術的・社会的に意義がある。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] FeNi-Layered Double-Hydroxide Nanoflakes with Potential for Intrinsically High Water-Oxidation Catalytic Activity2020

    • 著者名/発表者名
      . Ishizaki, H. Tanno, H. Sutoh, T. Katsuki, T. Hayasaka, M. Yagi, Y. Tsubonouchi, K. Tajima, T. Kawamoto, Y. Sakuda, and M. Kurihara.
    • 雑誌名

      ACS Appl. Energy Mater.

      巻: 3 号: 9 ページ: 9040-9050

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c01439

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] H2O2-Sensing Abilities of Mixed-Metal (Fe-Ni) Prussian Blue Analogs in a Wide pH Range2020

    • 著者名/発表者名
      M. Ishizaki, E. Ohshida, H. Tanno, T. Kawamoto, H. Tanaka, K. Hara, H. Kominami, M. Kurihara
    • 雑誌名

      Inorg. Chim. Acta

      巻: 502 ページ: 119314-119314

    • DOI

      10.1016/j.ica.2019.119314

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Preparation of Co-Fe Oxides immobilized on Carbon Paper using Water-dispersible Prussian-blue Analog Nanoparticles and their Oxygen Evolution Reaction (OER) Catalytic Activities2020

    • 著者名/発表者名
      M. Ishizaki, H. Fujii, K. Toshima, H. Tanno, H. Sutoh, and M. Kurihara
    • 雑誌名

      Inorg. Chim. Acta

      巻: 502 ページ: 119345-119345

    • DOI

      10.1016/j.ica.2019.119345

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An Exclusive Deposition Method of Silver Nanoparticles on TiO2 Particles via Low-temperature Decomposition of Silver-Alkyldiamine Complexes in Aqueous Media2020

    • 著者名/発表者名
      T. Yahagi, T. Togashi, and M. Kurihara
    • 雑誌名

      RSC Adv.

      巻: 10 号: 8 ページ: 4545-4553

    • DOI

      10.1039/c9ra10307d

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Redox-coupled alkali-metal ion transport mechanism in binder-free films of Prussian blue nanoparticles2019

    • 著者名/発表者名
      Ishizaki Manabu、Ando Hideo、Yamada Noboru、Tsumoto Kai、Ono Kenta、Sutoh Hikaru、Nakamura Takashi、Nakao Yoshihide、Kurihara Masato
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 7 号: 9 ページ: 4777-4787

    • DOI

      10.1039/c8ta11776d

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Trace Alcohol Adsorption by Metal Hexacyanocobaltate Nanoparticles and the Adsorption Mechanism2018

    • 著者名/発表者名
      M. Asai, A. Takahashi, Y. Jiang, M. Ishizaki, M. Kurihara, and T. Kawamoto
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 122 号: 22 ページ: 11918-11925

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.8b03015

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of the Variation of Metal Substitution and Electrolyte on Electrochemical Reaction of Metal Hexacyanoferrates2018

    • 著者名/発表者名
      M. Asai, A. Takahashi, K. Tajima, H. Tanaka, M. Ishizaki, M. Kurihara, and T. Kawamoto
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 8 号: 65 ページ: 37356-37364

    • DOI

      10.1039/c8ra08091g

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Unveiling Cs-adsorption Mechanism of Prussian Blue Analogs: Cs+-percolation via Vacancies to Complete Dehydrated State2018

    • 著者名/発表者名
      A. Takahashi, H. Tanaka, K. Minami, K. Noda, M. Ishizaki, M. Kurihara, H. Ogawa and T. Kawamoto
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 8 号: 61 ページ: 34808-34816

    • DOI

      10.1039/c8ra06377j

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [学会発表] プルシアンブルー類似体ナノ結晶を前駆体としたFeCo系酸化物の合成とその酸素反応触媒能2020

    • 著者名/発表者名
      藤井洸輝、石崎学、栗原正人
    • 学会等名
      錯体化学会第70 回討論会(オンライン)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] プルシアンブルー類似体ナノ粒子を前駆体としたFeNi層状水酸化物(LDH)ナノフレークの作製とその高性能酸素発生触媒2020

    • 著者名/発表者名
      寺島僚、石崎学、丹野弘也、八木政行、坪ノ内優太、田嶌一樹、川本徹、作田裕介、栗原正人
    • 学会等名
      錯体化学会第70 回討論会(オンライン)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 耐塩基性プルシアンブルー類似体の過酸化水素センサ能評価2019

    • 著者名/発表者名
      大志田英拓、石崎学、小南裕子、原和彦、川本徹、田中寿、栗原正人
    • 学会等名
      錯体化学第69回討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 配位高分子を前駆体としたFe-Co系酸化物の合成とその電気化学的酸素発生触媒能2019

    • 著者名/発表者名
      藤井洸貴、豊嶋慧我、丹野弘也、石崎学、栗原正人
    • 学会等名
      錯体化学第69回討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 湿式法を用いた多元金属系触媒作製とそのOER触媒評価2019

    • 著者名/発表者名
      丹野弘也、石崎学、栗原正人
    • 学会等名
      錯体化学第69回討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Application of the Prussian blue thin film fabricated by a solution method using dispersion solution of its nanoparticles2019

    • 著者名/発表者名
      Manabu Ishizaki, Hiroya Tanno, Eito Ohshida, Hiroki Fujii and Masato Kurihara
    • 学会等名
      Okinawa colloids 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 実用化され始めた錯体低温熱分解法によるナノ微粒子・ナノ薄膜作製法―今、既存物質や反応を活かすシーズ研究が注目される理由―2019

    • 著者名/発表者名
      栗原正人
    • 学会等名
      第36回無機・分析化学コロキウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スピンコート法で作製したプルシアンブルーナノ粒子薄膜のプロトン伝導2018

    • 著者名/発表者名
      丹野弘也、石崎学、小野健太、栗原正人
    • 学会等名
      ナノ学会 第16回大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 架橋欠陥プルシアンブルー及びその類似体ナノ微粒子の合成と物性2018

    • 著者名/発表者名
      丹野弘也、 石崎学、 小野健太、栗原正人
    • 学会等名
      錯体化学会 第68回討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] コバルトプルシアンブルー類似体の電気化学的水酸化触媒能の評価2018

    • 著者名/発表者名
      須藤輝、石﨑学、栗原正人
    • 学会等名
      錯体化学会 第68回討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Electrochemical abilities of Prussian blue on uptake/release of alkali ions2018

    • 著者名/発表者名
      Manabu Ishizaki, Noboru Yamada, Kai Tsumoto, Hideo Ando, and Masato Kurihara
    • 学会等名
      International Conference on Coordination Chemistry, 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electrochemical Behavior of Ni-mixed Prussian-blue Spin-coated Films2018

    • 著者名/発表者名
      Manabu Ishizaki and Masato Kurihara
    • 学会等名
      International Congress On Pure & Applied Chemistry (ICPAC) 2018
    • 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] スピンコート法で作製したプルシアンブルーナノ粒子薄膜のプロトン伝導2018

    • 著者名/発表者名
      丹野弘也、石崎学、栗原正人
    • 学会等名
      第8回CSJフェスタ
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] イオンドーププルシアンブルー類似体の合成と物性評価2018

    • 著者名/発表者名
      大志田英拓、石﨑学、栗原正人
    • 学会等名
      錯体化学若手研究会「錯体化学若手の会夏の学校2018」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] スピンコート法で作製したプルシアンブルーナノ粒子薄膜のプロトン伝導2018

    • 著者名/発表者名
      丹野弘也、 石崎学、栗原正人
    • 学会等名
      錯体化学若手研究会「錯体化学若手の会夏の学校2018」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] スピンコート法で作製したプルシアンブルーナノ粒子薄膜のプロトン伝導2018

    • 著者名/発表者名
      丹野弘也、石崎学、栗原正人
    • 学会等名
      錯体化学若手の会東北支部第10回勉強会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] イオンドーププルシアンブルー類似体の合成と物性評価2018

    • 著者名/発表者名
      大志田英拓、石﨑学、栗原正人
    • 学会等名
      錯体化学若手の会東北支部第10回勉強会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] プルシアンブルー類似体を用いた電気化学的酸素発生触媒能2018

    • 著者名/発表者名
      須藤輝、石﨑学、栗原正人
    • 学会等名
      錯体化学若手の会東北支部第10回勉強会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] カーボンペーパーに固定した金属イオン種の酸素発生反応(OER)触媒能2018

    • 著者名/発表者名
      石崎学、丹野弘也、須藤輝、栗原 正人
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会本化学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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