| 研究課題/領域番号 |
22K04715
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26030:複合材料および界面関連
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| 研究機関 | 関東学院大学 |
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研究代表者 |
友野 和哲 関東学院大学, 理工学部, 准教授 (40516449)
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| 研究分担者 |
本田 暁紀 東京理科大学, 理学部第一部化学科, 助教 (10812977)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 光電流 / 層状化合物 / 層間金属錯体 / 水素 / 触媒 / 水素発生 / 反応メカニズム / 光照射 / 価数制御 / pH / 層状酸化物 / 電気分解 / 金属錯体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究課題の概要は，金属錯体(Co, Fe, Ni, Ru系)を層間にもつバーネサイト型MnO2薄膜を作製し，①良導電性竹炭/CNTとの複合化による水の電気分解に対する触媒能の向上(低エネルギー化と高収率化)，②電解装置直結のガスクロ-in situ分析による反応速度論的解析を行う。これらの系統的な研究結果と各種分光分析により高効率な電子伝達機構を明らかにするとともに触媒能向上の指針を打ち出すことを目指す。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、コバルト錯体やクロム錯体などの金属錯体を層間に有する層状MnO2を電気化学的手法により作製し、これをアノードとすることで低電位における水素発生を実現した。特に[Co(en)3]@MnO2電極は+1.1 V（vs Ag/AgCl）で最大0.30 mL/hの水素生成を示し、層間錯体が電子シャトルとして機能していることを示唆した。また、ラマン分光によりMn(III)からMn(IV)への酸化反応が確認され、光照射によっても酸化電流と水素発生が向上することが明らかとなった。これにより、層間金属錯体が光応答性および触媒活性を付与する役割を果たすことが実証された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は、従来困難とされていた金属錯体を直接層間に導入した層状MnO2の電気化学的合成と、その光応答性を活かした水素発生触媒としての機能解明を実現した点で学術的に新規性が高い。混合原子価状態のMnO2における電子移動メカニズムの一端を解明し、光電変換材料や次世代水電解触媒の設計指針を提供する。一方で、自然エネルギー由来の過剰電力を用いたクリーンな水素生成技術として、水素社会の実現に貢献しうる持続可能な分散型エネルギー技術への応用が期待される。
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