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炭素アロイ電極による酸素還元反応機構の解明と電極性能の改良を目指した研究

研究課題

研究課題/領域番号 23560934
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 触媒・資源化学プロセス
研究機関京都工芸繊維大学

研究代表者

小林 久芳  京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 教授 (40128690)

研究分担者 山邊 時雄  長崎総合科学大学, 付置研究所, 教授 (80025965)
湯村 尚史  京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 准教授 (80452374)
研究期間 (年度) 2011 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2013年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2012年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2011年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
キーワード燃料電池 / 炭素電極 / 密度汎関数法 / 酸素還元反応 / 含窒素炭素電極 / DFT計算 / 電気化学への応用 / グラフェン / 密度汎関数法計算
研究概要

部分的に窒素置換したコロネンのようなグラフェンのモデル分子に、密度汎関数法(DFT)
計算を行い、炭素アロイ電極上での酸素還元反応機構を素反応レベルで調べた。酸素分子は、無置換グラフェンには吸着しないが、窒素置換により、不対電子が生じることにより吸着する。吸着の強さは、炭素原子上の不対電子密度に影響される。また、同じ密度でも、モデル分子の内部よりも周辺部で、強く吸着する。これは、吸着により、炭素原子上の混成がsp2+pからsp3へと変化して、より強い結合を形成できることにより説明される。

報告書

(4件)
  • 2013 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2012 実施状況報告書
  • 2011 実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2014 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち査読あり 12件) 学会発表 (13件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Modulating the Electronic Properties of Multimeric Thiophene Oligomers by Utilizing Carbon   Nanotube Confinement2014

    • 著者名/発表者名
      Yumura, T.; Yamashita, H.
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 118 号: 10 ページ: 5510-5522

    • DOI

      10.1021/jp5006555

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photo-assisted cyanation of transition metal nitrates coupled with room temperature C–C bond cleavage of acetonitrile2013

    • 著者名/発表者名
      Shihui Zou, Renhong Li, Hisayoshi Kobayashi, Juanjuan Liua and Jie Fan
    • 雑誌名

      Chem. Commun.

      巻: 49 ページ: 1906-1908

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dioxygen activation at room temperature during controllable and highly efficient acetaldehyde-to-acetic acid oxidation using a simple iron(III)–acetonitrile complex2013

    • 著者名/発表者名
      Renhong Li, Hisayoshi Kobayashi, Xiaoqing Yan, Jie Fan
    • 雑誌名

      Catalysis Today

      巻: (in press)

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Platinum Clusters on Vacancy-Type Defects of Nanometer-Sized Graphene Patches2012

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yumura, Tatsuya Awano, Hisayoshi Kobayashi and Tokio Yamabe
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 17 ページ: 7941-7960

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energetics of dioxygen binding into graphene patches with various sizes and shapes2012

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yumura, Hisayoshi Kobayashi, and Tokio Yamabe
    • 雑誌名

      Science China-Chemistry

      巻: 55(5) ページ: 787-795

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Radical-Involved Photosynthesis of AuCN Oligomers from Au Nanoparticles and Acetonitrile2012

    • 著者名/発表者名
      Renhong Li, Hisayoshi Kobayashi, Jiawei Tong, Xiaoqing Yan, Yu Tang, Shihui Zou, Jiabin Jin, Wuzhong Yi, and Jie Fan
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 134

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Energetics of Dioxygen Binding into Graphene Patches with Various Sizes and Shapes2012

    • 著者名/発表者名
      Yumura, T.; Kobayashi, H.; Yamabe, T.
    • 雑誌名

      Science China-Chemistry

      巻: 55 号: 5 ページ: 787-795

    • DOI

      10.1007/s11426-012-4508-y

    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書 2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Platinum Clusters on Vacancy-type Defects of Nanometer-sized Graphene Patches2012

    • 著者名/発表者名
      Yumura, T.; Awano, T.; Kobayashi, H.;Yamabe, T.
    • 雑誌名

      Molecules

      巻: 17 号: 7 ページ: 7941-7960

    • DOI

      10.3390/molecules17077941

    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Role of Weak Bonding in Determining the Structure of Thiophene Oligomers inside Carbon Nanotubes2012

    • 著者名/発表者名
      Yamashita, H.; Yumura, T.
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 116 号: 17 ページ: 9681-9690

    • DOI

      10.1021/jp301972e

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] DFT Study of Oxygen Reduction Reaction on N-substituted Carbon Electrodes. Adsorption, ICC3: Symposium9A : Ceramics for Electricity Energy Conversion and Storage IOP Publishing IOP Conf.Series2011

    • 著者名/発表者名
      Hisayoshi Kobayashi, Nakzono Tomoya, Soichi Miyazaki, Toshiko Miura, Nobuyuki Takeuchi, and Tokio Yamabe
    • 雑誌名

      Materials Scienceand Engineering

      巻: 18

    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Behavior of Ag3 Clusters inside a Nanometer-sized Space of ZSM-5 Zeolite2011

    • 著者名/発表者名
      Yumura, T.; Nanba, T.; Torigoe, H.; Kuroda,Y.; Kobayashi, H.
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 50 号: 14 ページ: 6533-6542

    • DOI

      10.1021/ic2001514

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] DFT Study of Oxygen Reduction Reaction on N-substituted Carbon Electrodes. Adsorption2011

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi, H.: Nakzono T.:, Miyazaki, S.: Miura, T.; Takeuchi,N.: Yamabe, T.
    • 雑誌名

      ICC3: Symposium9A:Ceramics for Electricity,Energy Conversion and Storage IOP Publishing IOP Conf.Series:Materials Scienceand Engineering

      巻: 18 号: 12 ページ: 122010-122010

    • DOI

      10.1088/1757-899x/18/12/122010

    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] CN修飾白金電極へのO_2,COおよびCH_3OH吸着に関するDFT計算2014

    • 著者名/発表者名
      藤原一彰, 小林久芳, Li Renhong, Fan Jie, 山邊時雄
    • 学会等名
      第113回触媒討論会
    • 発表場所
      豊橋
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] FT calculation on adsorption of O_2, CO and CH_3OH on CN modified Pt(111)2014

    • 著者名/発表者名
      Fujimawa K., Kobayashi H., Li R., Fan J., Yamabe T.
    • 学会等名
      Seventh Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT7 Kyoro 2014)
    • 発表場所
      Kyoto TERRSA (Kyoto, Japan)
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] CN修飾白金電極へのO2,COおよびCH3OH吸着に関するDFT計算2014

    • 著者名/発表者名
      藤原一彰、小林久芳、Li Renhong, Fan Jie, 山邊時雄
    • 学会等名
      第113回触媒討論会
    • 発表場所
      豊橋
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] DFT calculation on adsorption of O2, CO and CH3OH on CN modified Pt(111)2014

    • 著者名/発表者名
      Fujimawa, K.; Kobayashi, H.; Li, R.; Fan, J.; Yamabe, T.
    • 学会等名
      Seventh Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT7 Kyoro 2014)
    • 発表場所
      Kyoto TERRSA (Kyoto, Japan)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] CN修飾白金電極におけるO_2,COおよびCH_3OH分解反応のDFT計算2013

    • 著者名/発表者名
      藤原一彰, 小林久芳, Li Renhong, Fan Jie, 山邊時雄
    • 学会等名
      第112回触媒討論会
    • 発表場所
      秋田大学
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] CN修飾白金電極におけるO2,COおよびCH3OH分解反応のDFT計算2013

    • 著者名/発表者名
      藤原一彰、小林久芳、Li Renhong, Fan Jie, 山邊時雄
    • 学会等名
      第112回触媒討論会
    • 発表場所
      秋田大学
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [学会発表] Introduction of Vacancy-type Defect to Graphene Enhances the Interactions with Platinum Cluster2012

    • 著者名/発表者名
      Yumura T., Awano T., Kobayashi H., Yamabe T.
    • 学会等名
      International Conference on Science and Technology of Synthetic Metal (ICSM) 2012
    • 発表場所
      Hyatt Regency Atlanta (Georgia, USA)
    • 年月日
      2012-07-10
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] Electronic Properties of Nanometer-sized Hydrographene Species And Their Use for Dioxygen Activation2012

    • 著者名/発表者名
      Yumura T., Kobayashi H., Yamabe T.
    • 学会等名
      Carbon 2012
    • 発表場所
      Auditorium Maximum, (Krakow, Poland)
    • 年月日
      2012-06-19
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] (2)カーボンナノチューブホストとチオフェンオリゴマーとの相互作用における弱い力の重要性2012

    • 著者名/発表者名
      山下裕生、湯村尚史、小林久芳
    • 学会等名
      日本化学会第92春季年会
    • 発表場所
      慶應義塾大学(横浜)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] 金属原子添加含窒素炭素電極による酸素分子還元反応に関するDFT計算2011

    • 著者名/発表者名
      宮崎聡一, 中園智哉, 竹内信行, 山邊時雄, 小林久芳
    • 学会等名
      第107回触媒討論会
    • 発表場所
      首都大東京(震災により中止)
    • 関連する報告書
      2013 研究成果報告書
  • [学会発表] The activation of C-H bonds in CH4 mediated by transition metal cations inside a ZSM‐5 cavity2011

    • 著者名/発表者名
      Yumura, T.
    • 学会等名
      5th IDECAT/ERIC-JCAT Conference on Catalysis(招待講演)
    • 発表場所
      University Residential Center of Bertinoro (Italy)
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書
  • [学会発表] 二酸化炭素を捕捉したグラフェンオキサイドの構造特性に関する密度汎関数計算

    • 著者名/発表者名
      山崎 愛弓・湯村 尚史・小林 久芳
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会 1B3-27
    • 発表場所
      南草津 立命館大学
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
  • [学会発表] Zeolite Confinement Effect in Stability of Reaction Intermediates for C-H Bond Activation

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yumura, and Hisayoshi Kobayashi
    • 学会等名
      International Conference on Emerging Advanced Nanomaterials (ICEAN)-2012
    • 発表場所
      Brisbane (Australia)
    • 関連する報告書
      2012 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] A Density Functional Theory Study of Chemical Functionalization of Carbon Nanotubes; Toward Site Selective Functionalization Carbon Nanotube. In Electronic Properties of Carbon Nanotubes2011

    • 著者名/発表者名
      Yumura, Takashi
    • 総ページ数
      680
    • 出版者
      Intech
    • 関連する報告書
      2011 実施状況報告書

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公開日: 2011-08-05   更新日: 2019-07-29  

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