| 研究課題/領域番号 |
21K04773
|
|---|
| 研究種目 |
基盤研究(C)
|
| 配分区分 | 基金 |
|---|
| 応募区分 | 一般 |
|---|
| 審査区分 |
小区分27030:触媒プロセスおよび資源化学プロセス関連
|
|---|
| 研究機関 | 千葉大学 |
|---|
研究代表者 |
山田 泰弘 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (90546780)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
|
| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
|
| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
|
|---|
| キーワード | 炭素材料 / 構造制御 / 含窒素官能基 / 5-7員環 / 5員環 / 第3級窒素 / ピローリック窒素 / ピリジニック窒素 / Pyrrolic窒素 / スクリーニング / 反応分子動力学計算 / XPS / グラフェン / 構造解析 / ピロール窒素 / 活性点 / 窒素 |
|---|
| 研究開始時の研究の概要 |
グラフェンなどの炭素材料の性能を飛躍的に向上するためには、炭素材料中に存在するエッジやヘテロ元素、5員環等の種々の欠陥の内、高活性を示す欠陥を選択的に導入する必要がある。本研究では、活性点を選択的に導入したナノ炭素材料を合成し、さらに類を見ない高精度構造解析法を確立する。活性点を選択的に導入した炭素材料の合成においては、原料の反応性を生かし、原料を減圧下で加熱するシンプルな方法で、高活性が期待できる1種類の欠陥を選択的に導入したナノ炭素材料を数多く合成する。
|
| 研究成果の概要 |
本研究では、活性点（ピリジニック窒素、ピローリック窒素、第3級窒素、5-7員環等）を選択的に導入した炭素材料の合成を行った。これらの研究を通して、計算化学（反応分子動力学計算や密度汎関数法によるエネルギー計算）を適用し、構造制御された炭素材料の原料をスクリーニングする技術を確立した。活性点が選択的に導入された炭素材料の合成においては、原料の骨格構造の反応性を利用し、原料を減圧下で加熱するシンプルな方法で構造制御された炭素材料の合成に成功した。また、種々の分析に加えて、密度汎関数法による計算や、反応分子動力学計算などを組合せ、炭素材料の構造制御に求められる原料構造構造を明確化した。
|
| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
炭素材料は、電極や触媒担体、吸着剤、補強材等に応用されている。しかし、その性能を大幅に向上させるためには窒素などのヘテロ元素を導入し、その構造を制御するなどの新たな合成法が必要とされていた。しかし、既存の炭素材料の多くは、構造が複雑で種々の結合状態が混在しており、その性能や耐久性に大きな問題があった。さらに、複雑な構造を推定することは極めて困難であり、その構造解析法の開発が求められていた。本研究では、構造制御された炭素材料の合成技術の確立を行った。これによって、長年曖昧になっていた炭素材料の基盤を構築でき、近い将来炭素材料を必要とする種々の応用に関する問題が解決されると考えられる。
|
