プロトニクスの展開:プロトン透過膜と光触媒反応への応用

• 研究課題/領域番号: 21550007
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 牛山 浩 東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (40302814)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2011年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2010年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2009年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 理論化学 / プロトン移動 / 燃料電池 / プロトン透過膜 / 光触媒 / 電子ダイナミクス / 化学反応

研究概要

本研究課題では、プロトン移動反応に焦点を当て、ゆっくりとした周り原子の運動や早い電子の運動が、プロトン移動反応に及ぼす影響について研究を進めてきた。特に、上述の研究を基礎として、エレクトロニクスの次世代技術として期待されるプロトン工学(プロトニクス)への展開を目指し、基礎科学・工学的応用双方の面で注目されている燃料電池で用いられるプロトン透過膜におけるプロトン移動ダイナミクスの反応機構の解明をおこなった。その結果、強固な水素結合ネットワークがプロトンの移動度に大きく影響を及ぼすことを示し、具体的に置換基を導入することで効率アップが期待されることを提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Theoretical Studies on Proton Transfer among High Density of Acid Groups: Surface of Zirconium Phosphate with Adsorbed Water Molecules (2011)
  • 著者名/発表者名: Takaya; Ushiyama, Hiroshi; Lee, Ju Myeung; Yamaguchi, Takeo; Yamashita, Koichi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 115 ページ: 5599-5606
• [雑誌論文] Redox-responsive molecular helices with highly condensed π -clouds (2011)
  • 著者名/発表者名: Eisuke Ohta, Hiroyasu Sato, Shinji Ando, Atsuko Kosaka, Takanori Fukushima, Daisuke Hashizume, Mikio Yamasaki, Kimiko Hasegawa, Azusa Muraoka, Hiroshi Ushiyama , Koichi Yamashita and Takuzo Aida
  • 雑誌名: Nature Chemistry 巻: Vol.3, No.1
• [雑誌論文] Alkali Carbonate Stabilized on Aluminosilicate via Solid Ion Exchange as a Catalyst for Diesel Soot Combustion (2011)
  • 著者名/発表者名: Kimura, Riichiro; Elangovan, S. P.; Ogura, Masaru; Ushiyama, Hiroshi ; Okubo, Tatsuya
  • 雑誌名: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C ページ: 11514892-14898
• [雑誌論文] Alkali Carbonate Stabilized on Aluminosilicate via Solid Ion-exchange as a Catalyst for Diesel Soot Combustion (2011)
  • 著者名/発表者名: Riichiro Kimura, S.P.Elangovan, Masaru Ogura, Hiroshi Ushiyama, Tatsuya Okubo
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 115 号: 30 ページ: 14892-14898
  • DOI: 10.1021/jp2034664
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox-responsive molecular helices with highly condensed -clouds (2011)
  • 著者名/発表者名: Eisuke Ohta, Hiroyasu Sato, Shinji Ando, Atsuko Kosaka, Takanori Fukushima, Daisuke Hashizume, Mikio Yamasaki, Kimiko Hasegawa, Azusa Muraoka, Hiroshi Ushiyama, Koichi Yamashita, Takuzo Aida
  • 雑誌名: Nature Chemistry 巻: 3 号: 1 ページ: 68-73
  • DOI: 10.1038/nchem.900
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox-responsive molecular helices with highly condensed II-clouds (2011)
  • 著者名/発表者名: Eisuke Ohta, Hiroyasu Sato, Shinji Ando, Atsuko Kosaka, Takanori Fukushima, Daisuke Hashizume, Mikio Yamasaki, Kimiko Hasegawa, Azusa Muraoka, Hiroshi Ushivama, Koichi Yamashita, Takuzo
  • 雑誌名: Nature Chemistry 巻: 3 ページ: 68-73
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical and Experimental Studies on Reaction Mechanism for Aerobic Alcohol Oxidation by Supported Ruthenium Hydroxide Catalysts (2010)
  • 著者名/発表者名: Fumiya Nikaidou, Hiroshi Ushiyama, Kazuya Yamaguchi, Koichi Yamashita, Noritaka Mizuno
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.C 巻: 114 ページ: 10873-10880
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical Studies on the Mechanism of Proton Transfer at the Surface of Zirconium Phosphate (2010)
  • 著者名/発表者名: Takaya Ogawa, Hiroshi Ushiyama, Koichi Yamashitaa, Ju-Myeung Lee, Takeo Yamaguchi
  • 雑誌名: Chem.Lett. 巻: 39 ページ: 736-737
  • NAID: 10027182778
  • 査読あり
• [学会発表] 窒化タンタルの表面酸化反応と触媒活性変化の理論的研究 (2012)
  • 著者名/発表者名: 渡部絵里子, 牛山浩, 山下晃一
  • 学会等名: 日本化学会
  • 発表場所: 神奈川大学横浜キャンパス
  • 年月日: 2012-03-26
• [学会発表] Theoretical Studies on Metal Oxide Nanosheet Solid Acids (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Ushiyama
  • 学会等名: 13th International Conference on Theoretical Aspects of Catalysis
  • 発表場所: Matsushima, Japan.
• [学会発表] Theoretical Studies on Metal Oxide Nanosheet Solid Acids (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Ushiyama
  • 学会等名: 13th International Conference on Theoretical Aspects of Catalysis
  • 発表場所: Matsushima Ichinobo Hotel, Japan
• [学会発表] Proton transfer dynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Ushiyama
  • 学会等名: New Frontier in Quantum Chemical Dynamics
  • 発表場所: Okazaki Conference Center