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階層的細孔構造の制御による高性能な炭素電極触媒の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18K14047
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分27020:反応工学およびプロセスシステム工学関連
研究機関北海道大学

研究代表者

朱 春宇  北海道大学, 工学研究院, 特任助教 (30749255)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2018年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード電極触媒 / 多孔質炭素 / 酸素還元反応 / 炭素 / 多孔質 / 階層構造
研究成果の概要

白金等の貴金属を代わる安価で資源豊富な炭素材料が新規な電極触媒材料として、高い酸素還元特性を持つため注目されている。階層的多孔質炭素はその特有な構造から、最も有望である。本研究の目的は、電極触媒のための階層的多孔質炭素の新規な合成プロセスを開発することである。具体的に、化学発熱反応(金属硝酸塩酸化剤と炭水化物還元燃料の間で発生する液体燃焼合成)を利用して、バイオマス原料であるセルロースを剥離・分解され、階層的多孔質炭素を創出する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は再生可能なバイオマスセルロースを原料とした新規な合成手法により、安価かつ簡便で高性能な階層的多孔質炭素電極触媒を創製することである。空気極におけるPt代替酸素還元電極触媒としてバイオマス炭素系材料を使用することで、金属空気電池や燃料電池等高効率発電デバイスの本格的な普及に大きく貢献すると確信される。一方、本研究で得られる特異な炭素材料は、電極触媒の用途以外に、各種ガス吸蔵・吸着材、熱伝導・放出材、ろ過材等にも極めて有用である。

報告書

(3件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Heteroatom-doped porous carbon with tunable pore structure and high specific surface area for high performance supercapacitors2019

    • 著者名/発表者名
      Cheong Kim; Chunyu Zhu; Yoshitaka Aoki; Hiroki Habazaki
    • 雑誌名

      Electrochimica Acta

      巻: 314 ページ: 173-187

    • DOI

      10.1016/j.electacta.2019.05.074

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exothermically Efficient Exfoliation of Biomass Cellulose to Value-Added N-Doped Hierarchical Porous Carbon for Oxygen Reduction Electrocatalyst2019

    • 著者名/発表者名
      Kim, Cheong Zhu, Chunyu Aoki, Yoshitaka Habazaki, Hiroki
    • 雑誌名

      Industrial & Engineering Chemistry Research

      巻: 58 号: 8 ページ: 3047-3059

    • DOI

      10.1021/acs.iecr.8b06410

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Nitrogen-doped porous carbon as-mediated by a facile solution combustion synthesis for supercapacitor and oxygen reduction electrocatalyst2018

    • 著者名/発表者名
      Zhu, Chunyu Takata, Manami Aoki, Yoshitaka Habazaki, Hiroki
    • 雑誌名

      Chemical Engineering Journal

      巻: 350 ページ: 278-289

    • DOI

      10.1016/j.cej.2018.06.001

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Preparation of N-doped porous carbon with adjustable pore size for supercapacitors2019

    • 著者名/発表者名
      C. Kim, C. Zhu, Y. Aoki, H. Habazaki
    • 学会等名
      電気化学会第86回大会,3月27-29日,京都大学,京都
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 多孔質炭素の階層的細孔構造の制御とその酸素還元特性2019

    • 著者名/発表者名
      高田 愛実,朱 春宇,青木 芳尚,幅崎 浩樹
    • 学会等名
      電気化学会第86回大会,3月27-29日,京都大学,京都
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 硝酸塩補助燃焼合成による階層的多孔質炭素の合成と電極特性2019

    • 著者名/発表者名
      高田 愛実,朱 春宇,青木 芳尚,幅崎 浩樹
    • 学会等名
      第4回材料WEEK 材料シンポジウム,10月15-16日,京都テルサ,京都(2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 階層的な多孔質構造をもつ窒素ドープ炭素の作製とそのスーパーキャパシタ電極特性2018

    • 著者名/発表者名
      高田 愛実,金 淸,朱 春宇,青木 芳尚,幅崎 浩樹
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2018年冬季研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Facile synthesis of N-doped porous carbon as efficient metal-free electrocatalyst for oxygen reduction reaction2018

    • 著者名/発表者名
      C. Kim, C. Zhu, Y. Aoki, and H. Habazaki
    • 学会等名
      化学系学協会北海道支部2018年冬季研究発表会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Exothermic reaction promoted production of hierarchical porous carbon for electrochemical energy storage and conversion2018

    • 著者名/発表者名
      C. Zhu, M. Takata, C. Kim, J. Cao, Y. Aoki, H. Habazaki
    • 学会等名
      22nd Topical Meeting of ISE, 15-18 April, Waseda University, Tokyo
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nitrogen-Doped Carbon with Hierarchical Porous Structure as Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction2018

    • 著者名/発表者名
      M. Takata, C. Kim, C. Zhu, Y. Aoki, and H. Habazaki
    • 学会等名
      22nd Topical Meeting of ISE, 15-18 April, Waseda University, Tokyo
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Nitrogen-containing porous carbon electrocatalyst for efficient oxygen reduction reaction2018

    • 著者名/発表者名
      C. Kim, C. Zhu, Y. Aoki, and H. Habazaki
    • 学会等名
      22nd Topical Meeting of ISE, 15-18 April, Waseda University, Tokyo
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hierarchically porous N-doped carbon for electrocatalysts of Zinc-air batteries2018

    • 著者名/発表者名
      C. Kim, C. Zhu, Y. Aoki, H. Habazaki
    • 学会等名
      ECSJ Fall Meeting 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Novel exothermic synthesis of N-doped porous carbon as efficient electrocatalyst for oxygen reduction reaction2018

    • 著者名/発表者名
      金 淸,朱 春宇,青木 芳尚,幅崎 浩樹
    • 学会等名
      第34回ライラックセミナー・第24回若手研究者交流会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 酸素還元触媒用窒素ドープ多孔質炭素の作製2018

    • 著者名/発表者名
      高田 愛実,朱 春宇,青木 芳尚,幅崎 浩樹
    • 学会等名
      第34回ライラックセミナー・第24回若手研究者交流会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-02-19  

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