導電性高分子膜への電流反転金ナノ粒子自在析出制御による電極触媒設計学理の構築

• 研究課題/領域番号: 22K20475
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0401:材料工学、化学工学およびその関連分野
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 栗岡 智行 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (00963456)
• 研究期間 (年度): 2022-08-31 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: ハイブリッド材料 / 電極触媒 / 貴金属ナノ粒子 / 導電性高分子 / 電気化学センサ / 電気化学ドーピング / 電気化学センサー

研究開始時の研究の概要

本研究では、導電性高分子膜と金ナノ粒子からなるハイブリット材料の電極触媒能向上のため、導電性高分子膜内における金ナノ粒子の析出制御法の構築を目指す。ハイブリッド材料は、電気化学センサーの電極触媒材料として有用である。電極触媒能向上には、ハイブリッド材料内における金ナノ粒子の析出制御が重要であるが、その方法論は限られている。そこで本研究では、導電性高分子の電気化学ドーピングを用いる新たな金ナノ粒子析出制御法を提案する。本研究を通じて、電気化学センサーの高性能化に向けた電極触媒材料の設計指針を構築し、重篤疾患の早期発見技法に資する電気化学センサー材料の開発に貢献する。

研究成果の概要

本研究課題では、電気化学センサの電極材料に応用が期待される金/導電性高分子ハイブリッド材料作製に向けて、導電性高分子の電気化学ドーピングを駆使する材料複合化プロセスを構築した。作製したハイブリッド材料は、アルコール類の電解酸化に対する電極触媒として作用し、その電極触媒能は、電気化学ドーピングを行う電位によって異なることが分かった。特に、導電性高分子の電気化学ドーピングと金の電析が同時に進行する印加電位でハイブリッド材料を作製した時、電極触媒能は最大となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

学術的意義：導電性高分子の電気化学ドーピングを用いた、金/導電性高分子ハイブリット材料作製プロセスを構築した。研究期間内で、このハイブリッド材料の電極触媒能が、電気化学ドーピングを行う印加電位により左右されることが分かった。また、金の電析と導電性高分子の電気化学ドーピングが同時に進行するとき、電極触媒能が最大となることを見出した。
社会的意義：作製したハイブリッド材料は、1-プロパノールなどのアルコール類以外にも、グルコース等の糖類の電解酸化を促進する電極触媒としても利用が期待できる。これは、糖尿病罹患者の体調をモニタリングする電気化学グルコースセンサへの応用に資する技術である。

研究成果

• [国際共同研究] University of Southampton(英国)
• [雑誌論文] Manipulation of interfacial charge dynamics for metal-organic frameworks toward advanced photocatalytic applications (2024)
  • 著者名/発表者名: Chien-Yi Wang, Huai-En Chang, Cheng-Yu Wang, Tomoyuki Kurioka, Chun-Yi Chen, Tso-Fu Mark Chang, Masato Sone, Yung-Jung Hsu*
  • 雑誌名: Nanoscale Advance 巻: Vol. 6 号: 4 ページ: 1039-1039
  • DOI: 10.1039/d3na00837a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of Bromide Ions in Anomalous Codeposition of Ni-Co Alloys with a Sulfamate Based Electrolyte (2023)
  • 著者名/発表者名: Yiming Jiang, Chun-Yi Chen, Tomoyuki Kurioka, Xun Luo, Daisuke Yamane, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang
  • 雑誌名: Micro and Nano Engineering 巻: Vol. 20 ページ: 100175-100175
  • DOI: 10.1016/j.mne.2023.100217
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of supercritical carbon dioxide soft particles on incorporation of titanium dioxide nanoparticles into nickel matrix (2023)
  • 著者名/発表者名: Chien Yu-An、Chen Chun-Yi、Kurioka Tomoyuki、Sone Masato、Chang Tso-Fu Mark
  • 雑誌名: Materials Chemistry and Physics 巻: 302 ページ: 127703-127703
  • DOI: 10.1016/j.matchemphys.2023.127703
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gold/MnO2 particles decorated on electrodeposited polyaniline toward non-enzymatic electrochemical sensor for glucose (2023)
  • 著者名/発表者名: Okamoto Keisuke、Kawakami Hiroki、Chien Yu-An、Kurioka Tomoyuki、Chiu Wan-Ting、Chakraborty Parthojit、Nakamoto Takamichi、Hsu Yung-Jung、Sone Masato、Chang Tso-Fu Mark
  • 雑誌名: Micro and Nano Engineering 巻: 18 ページ: 100175-100175
  • DOI: 10.1016/j.mne.2023.100175
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Electrodeposition of Ni-B Alloy Film: Effect of Current Density and Heat Treatment on Micro-Mechanical Property (2022)
  • 著者名/発表者名: Jiang Yiming、Chen Chun-Yi、Kurioka Tomoyuki、Luo Xun、Yamane Daisuke、Mizoguchi Masanori、Kudo Osamu、Maeda Ryu、Sone Masato、Chang Tso-Fu Mark
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 169 号: 11 ページ: 112504-112504
  • DOI: 10.1149/1945-7111/ac9dc2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 電気化学的アプローチによるAu/poly(3,4-ethylenedioxythiophene)複合材料の作製とその電極触媒特性評価 (2024)
  • 著者名/発表者名: 樋口 丈司, 栗岡 智行, Chun-Yi Chen, 曽根 正人, Tso-Fu Mark Chang
  • 学会等名: 第71回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Atomic PdxAuy Clusters Decorated Polyaniline for Electrochemical Sensing of 1-Propanol (2023)
  • 著者名/発表者名: Shohei Yoshida, Tomoyuki Kurioka, Chun-Yi Chen, Parthojit Chakraborty, Yung-Jung Hsu, Takamichi Nakamoto, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang
  • 学会等名: MNE2023
  • 国際学会
• [学会発表] Catalytic Activity of Atomic Metals Clusters Decorated Polyaniline Electrodes in Electrochemical Oxidation of 1-Propanol (2023)
  • 著者名/発表者名: Shohei Yoshida, Keisuke Okamoto, Tomoyuki Kurioka, Chun-Yi Chen, Parthojit Chakraborty, Takamichi Nakamoto, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang
  • 学会等名: ECS 244th Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Anodic Chlorination of Poly(3-(2-ethylhexyl)Thiophene) Films Facilitated By Constructing Ordered Structures (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Kurioka, Ikuyoshi Tomita, Shinsuke Inagi
  • 学会等名: ECS 244th Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Preparation of polypyrrole film with various morphology using supercritical carbon dioxide assisted emulsified electrode (2023)
  • 著者名/発表者名: Punvinai Vinaisuratern, Tomoyuki Kurioka, Chun-Yi Chen, Yoshishige Tsuchiya, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang
  • 学会等名: TACT2023
  • 国際学会
• [学会発表] Functionalization of Polyethylene Terephthalate Fabrics with Au@Cu2O Core@Shell Nanocrystals for Environmental Purifications (2023)
  • 著者名/発表者名: Jhen-Yang Wu, Tomoyuki Kurioka, Chun-Yi Chen, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang, Yung-Jung Hsu
  • 学会等名: 35th Topical Meeting of the International Society of Electrochemistry
  • 国際学会
• [学会発表] ポリアニリンと貴金属原子の複合電極の開発と1-プロパノールの電解酸化に対する触媒活性評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 吉田 祥平, 岡本 奎祐, 栗岡 智行, Chun-Yi Chen Parthojit Chakraborty, Tso-Fu Mark Chang, 中本 高道, 曽根 正人
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Functionalization of Polyethylene Terephthalate Fabrics with Au@Cu2O Core@Shell Nanocrystals for Environmental Purifications (2023)
  • 著者名/発表者名: Jhen-Yang Wu, Tomoyuki Kurioka, Chun-Yi Chen, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang, Yung-Jung Hsu
  • 学会等名: 第70回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Ultra-High Mechanical Strength and Thermal Stability of Electrodeposited Ni-B Alloys toward MEMS Micro-Components (2022)
  • 著者名/発表者名: Yiming Jiang, Chun-Yi Chen, Tomoyuki Kurioka, Daisuke Yamane, Masanori Mizoguchi, Osamu Kudo, Ryu Maeda, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang
  • 学会等名: 48th international conference on Micro and Nano Engineering - Eurosensors (MNE-ES)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of Au nanoparticles-MnO2 modified polyaniline electorode for Non-Enzymatic Glucose Sensors (2022)
  • 著者名/発表者名: Keisuke Okamoto, Hiroaki Kawakami, Yu-An Chien, Tomoyuki Kurioka, Wan-Ting Chiu, Parthojit Chakraborty, Takamichi Nakamoto, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang
  • 学会等名: 48th international conference on Micro and Nano Engineering - Eurosensors (MNE-ES)
  • 国際学会
• [学会発表] Electronic Interactions and Charge Transfer Dynamics of Yolk Shell Nanocrystals for Photocatalysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Jhen-Yang Wu, Ting-Hsuan Lai, Mei-Jing Fang, Jui-Yuan Chen, Ming-Yu Kuo, Yi-Hsuan Chiu, Ping-Yen Hsieh, Chun-Wen Tsao, Huai-En Chang, Yu-Peng Chang, Chien-Yi Wang, Tomoyuki Kurioka, Chun-Yi Chen, Masato Sone, Wen-Wei Wu, Yung-Jung Hsu, Tso-Fu Mark Chang
  • 学会等名: 48th international conference on Micro and Nano Engineering - Eurosensors (MNE-ES)
  • 国際学会
• [学会発表] High Strength and High Corrosion Resistance Ni-TiO2 Composites by Supercritical CO2-Assisted Co-Electrodeposition towards MEMS Components (2022)
  • 著者名/発表者名: Yu-An Chien, Chun-Yi Chen, Tomoyuki Kurioka, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang
  • 学会等名: 48th international conference on Micro and Nano Engineering - Eurosensors (MNE-ES)
  • 国際学会