| 研究課題/領域番号 |
22K14767
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 熊本大学 |
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研究代表者 |
粟屋 恵介 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (10910656)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
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| キーワード | 遷移金属酸化物ナノシート / プロトン伝導体 / 自立膜 / 異方性材料 / 燃料電池 / 低次元性材料（ナノシート） / 層状遷移金属酸化物 / 層状シリケート / 層状複水酸化物（ＬＤＨ） |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ナノシートは層状結晶を単層剥離して得られる二次元性材料である．一枚のナノシートは，横サイズが数μmなのに対し，厚さが1 nm程度しかないため、結晶格子の全てが最表面に位置する特異な構造をもつ．本研究では，層状遷移金属酸化物や層状シリケート等より剥離したナノシートを数百～数千枚積層させたナノシート自立膜を作製し，中低温領域下(100-300 ℃)にて高いプロトン伝導度を示す燃料電池用プロトン伝導膜の開発を行う．また，ナノシートの面内にナノサイズの細孔を開けることで，ナノシートの面に対し垂直な方向にプロトンが移動可能なチャンネルとし，更なるプロトン伝導度の向上を図る．
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| 研究成果の概要 |
種々の遷移金属酸化物ナノシートを用いた自立膜(厚さ22-32 μm)を作製し、膜垂直及び面内方向のプロトン伝導性を評価した。温度90 ℃、100%RHにおける伝導度は、垂直方向ではCa2Nb3O10ナノシート(9.8×10-5 S/cm)、面内方向ではNb3O8ナノシート(6.4×10-2 S/cm)が最も高い値を示した。総じて面内方向の値は垂直方向の50-40000倍程度の値をとり、ナノシート膜構造の異方性を強く反映した結果となった。
また、Ca2Nb3O10ナノシート自立膜の膜水平方向の値は100℃にて3.4×10-3 S/cm、130℃にて3.0×10-4 S/cmであった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では耐熱性に乏しい酸化グラフェンの代替となる二次元プロトン伝導体を探索するため、セラミックスナノシートを調査対象とした。遷移金属酸化物ナノシート自立膜は、従来のセラミックス膜としては類のない柔軟さを有するうえ、高配向な積層構造を由来とする異方的性質を示す。一般的に脱水の激しい温度域では、高いプロトン伝導度を維持することが難しいとされる。一方、セラミックスナノシート自立膜の面内方向のプロトン伝導性は100℃近傍でも10-4～10-3S/cm程度の値を示しており、積層方向を制御することで作動温度域のより広いプロトン伝導膜となり得ることを示した点において学術的意義は大きいものと考える。
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