高機能性ポーラス炭素の創成とエネルギー貯蔵への応用に関する研究

• 研究課題/領域番号: 26289379
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: エネルギー学
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 徐 強 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 電池技術研究部門, 上級主任研究員 (50357232)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円); 2016年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2015年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2014年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
• キーワード: 炭素 / エネルギー / エネルギー貯蔵 / エネルギー変換 / 多孔質材料 / キャパシター / 電池 / 配位高分子

研究成果の概要

本研究では、ポーラス配位高分子を鋳型・前駆体として用いて、炭化処理により階層型ミクロ・メソ孔構造を有し、エネルギー貯蔵・変換において高い性能を有するポーラス炭素材料を開発した。配位高分子ナノ粒子の集合体を前駆体として用いて炭化処理により階層型ミクロ・メソポーラス炭素材料を合成し、これを担体として用いて、パラジウムナノ粒子触媒を合成し、メタノールの電極酸化反応に高い触媒活性と電気化学安定性を実現した。配位高分子のナノ細孔に窒素(N)源及び鉄(Fe)源を導入し、高温加熱処理により原子レベルでFe及びNがドープされた階層型多孔質炭素材料を形成し、酸素還元反応(ORR)に高い触媒活性を示した。

研究成果

• [国際共同研究] Peking University/Chinese Academy of Sciences (CAS)(China)
• [国際共同研究] Monash University(Australia)
• [雑誌論文] Atomically Dispersed Fe/N-Doped Hierarchical Carbon Architectures Derived from a Metal-Organic Framework Composite for Extremely Efficient Electrocatalysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Qi-Long Zhu, Wei Xia, Li-Rong Zheng, Ruqiang Zou, Zheng Liu, Qiang Xu
  • 雑誌名: ACS Energy Lett. 巻: 2 号: 2 ページ: 504-511
  • DOI: 10.1021/acsenergylett.6b00686
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Metal-Organic Frameworks for Energy Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Hailong Wang, Qi-Long Zhu, Ruqiang Zou, Qiang Xu
  • 雑誌名: Chem 巻: 2 号: 1 ページ: 52-80
  • DOI: 10.1016/j.chempr.2016.12.002
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fabrication of carbon nanorods and graphene nanoribbons from a metal-organic framework (2016)
  • 著者名/発表者名: Pradip Pachfule, Dhanraj Shinde, Mainak Majumder, Qiang Xu
  • 雑誌名: NATURE CHEMISTRY 巻: -
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pd nanoparticles supported on hierarchically porous carbons derived from assembled nanoparticles of a zeolitic imidazolate framework (ZIF-8) for methanol electrooxidation (2015)
  • 著者名/発表者名: Jun Li, Qi-Long Zhu, Qiang Xu
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 51 号: 54 ページ: 10827-10830
  • DOI: 10.1039/c5cc03008k
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Metal-Organic Frameworks as a Platform for Energy Conversion and Storage (2016)
  • 著者名/発表者名: Qiang Xu
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Renewable Energy Technologies
  • 発表場所: University of Technology Sydney, Sydney, Australia
  • 年月日: 2016-12-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nanostructured Materials for Energy Storage and Conversion (2016)
  • 著者名/発表者名: Qiang Xu
  • 学会等名: 8th Asian Conference on Nanoscience and Nanotechnology (AsiaNANO 2016)
  • 発表場所: Sapporo Convention Center, Sapporo, Japan
  • 年月日: 2016-10-11
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metal Nanoparticle@Metal-Organic Framework Composites for Catalysis (2016)
  • 著者名/発表者名: Qiang Xu
  • 学会等名: The 5th International Conference on Metal-Organic Frameworks & Open Framework Compounds (MOF2016)
  • 発表場所: Hilton Hotel, Long Beach, California, USA
  • 年月日: 2016-09-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metal-Organic Frameworks as a Platform for Energy Conversion and Storage (2016)
  • 著者名/発表者名: Qiang Xu
  • 学会等名: 1st Japan-Australia Joint Symposium on Coordination Chemistry
  • 発表場所: Fukuoka University, Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2016-09-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metal-Organic Frameworks as a Platform for Energy Conversion and Storage (2016)
  • 著者名/発表者名: Qiang Xu
  • 学会等名: Energy Conversion and Storage Forum 2016
  • 発表場所: Institute of Process Engineering, Beijing, China
  • 年月日: 2016-06-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metal nanoparticle@metal-organic framework composites as high-performance catalysts (2015)
  • 著者名/発表者名: Qiang Xu
  • 学会等名: 250th ACS National Meeting & Exposition
  • 発表場所: Boston, MA, USA
  • 年月日: 2015-08-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metal-Organic Frameworks as Platforms for Energy Applications (2015)
  • 著者名/発表者名: Qiang Xu
  • 学会等名: 2015 International Conference on Nanospace Materials
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
  • 年月日: 2015-06-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Applications of functional metal-organic frameworks (2015)
  • 著者名/発表者名: Qiang Xu
  • 学会等名: The 1st International Conference on Microstructure and Property of Materials
  • 発表場所: Hangzhou, China
  • 年月日: 2015-05-28
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metal-Organic Frameworks as Platforms for Energy Applications (2015)
  • 著者名/発表者名: Qiang Xu
  • 学会等名: The 2nd SYSU International Symposium on MOF and Related Open Framework Materials
  • 発表場所: Guangzhou, China
  • 年月日: 2015-05-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Towards the application of metal-organic frameworks (2014)
  • 著者名/発表者名: Qiang Xu
  • 学会等名: 4th International Conference on Metal-Organic Frameworks and Open Framework Compounds (MOF2014)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 2014-10-01
  • 招待講演