多孔性カーボンモノリスへのヘテロ原子の導入と新規電極材料への応用

• 研究課題/領域番号: 26810123
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 無機工業材料
• 研究機関: 大阪大学 (2015); 京都大学 (2014)
• 研究代表者: 長谷川 丈二 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (60726412)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2015年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2014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: 炭素材料 / ドープ / 多孔性材料 / モノリス電極 / キャパシタ

研究成果の概要

ミセル鋳型法と相分離法を組み合わせることで、規則的配列を有するメソ孔と共連続構造を有するマクロ孔を併せもつフェノール樹脂の1段階合成に成功した。また、窒素・リン・硫黄原子それぞれのカーボン骨格中への導入にも成功し、3種のヘテロ原子のトリプルドープにも成功した。さらに、ヘテロ原子ドープ活性炭モノリスをバインダーフリー電極として用いることで、それぞれのヘテロ原子ドープの電気二重層キャパシタ容量に与える影響について、基礎的知見を得ることができた。リチウム－硫黄二次電池の正極材料の開発については、顕著な結果が得られなかったものの、ナトリウムイオン二次電池の正極材料として優れた特性を示すことが分かった。

研究成果

• [雑誌論文] High-level doping of nitrogen, phosphorus, and sulfur into activated carbon monoliths and their electrochemical capacitances (2015)
  • 著者名/発表者名: George Hasegawa, Takeru Deguchi, Kazuyoshi Kanamori, Yoji Kobayashi, Hiroshi Kageyama, Takeshi Abe, Kazuki Nakanishi
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 27 号: 13 ページ: 4703-4712
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b01349
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hard carbon anodes for Na-ion batteries: toward a practical use (2015)
  • 著者名/発表者名: George Hasegawa, Kazuyoshi Kanamori, Naokatsu Kannari, Jun-ichi Ozaki, Kazuki Nakanishi, Takeshi Abe
  • 雑誌名: ChemElectroChem 巻: 54 号: 12 ページ: 1917-1920
  • DOI: 10.1002/celc.201500412
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hierarchically porous Li4Ti5O12 anode materials for Li- and Na-ion batteries: effects of nano-architectural design and temperature dependence of rate capacity (2015)
  • 著者名/発表者名: George Hasegawa, Kazuyoshi Kanamori, Tsutomu Kiyomura, Hiroki Kurata, Kazuki Nakanishi, Takeshi Abe
  • 雑誌名: Advanced Energy Materials 巻: 5 号: 1 ページ: 1400730-1400730
  • DOI: 10.1002/aenm.201400730
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Impact of electrolyte on pseudocapacitance and stability of porous titanium nitride (TiN) monolithic electrode (2015)
  • 著者名/発表者名: George Hasegawa, Atsushi Kitada, Shota. Kawasaki, Kazuyoshi Kanamori, Kazuki Nakanishi, Yoji Kobayashi, Hiroshi Kageyama, Takeshi Abe
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 162 号: 1 ページ: A77-A85
  • DOI: 10.1149/2.0491501jes
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effects of calcination condition on porous reduced titanium oxides and oxynitrides via preceramic polymer route (2015)
  • 著者名/発表者名: George Hasegawa, Tatsuya Sato, Kazuyoshi Kanamori, Cheng-Jun Sun, Yang Ren, Yoji Kobayashi, Hiroshi Kageyama, Takeshi Abe, Kazuki Nakanishi
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 54 号: 6 ページ: 2802-2808
  • DOI: 10.1021/ic502972v
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultralow-Density, Transparent, Superamphiphobic Boehmite Nanofiber Aerogels and Their Alumina Derivatives (2015)
  • 著者名/発表者名: Gen Hayase, Kazuya Nonomura, George Hasegawa, Kazuyoshi Kanamori, Kazuki Nakanishi
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 27 号: 1 ページ: 3-5
  • DOI: 10.1021/cm503993n
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reduction on reactive pore surfaces as a practical approach to supported metal alloy nanoparticles. (2014)
  • 著者名/発表者名: Moitra, N.; Kanamori, K.; Ikuhara, Y. H., Gao, X.; Hasegawa, G.; Takeda, K.; Zhu, Y.; Shimada, T.; Nakanishi, K.
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry A 巻: 2 号: 31 ページ: 12535-12544
  • DOI: 10.1039/c4ta01767f
  • 査読あり
• [学会発表] Vapor-phase Transport of Heteroatoms into Porous Carbon Monoliths for High-level Doping (2015)
  • 著者名/発表者名: 長谷川丈二、金森主祥、小林洋治、陰山洋、安部武志、中西和樹
  • 学会等名: 2015 MRS Fall Meeting
  • 発表場所: Boston (United States)
  • 年月日: 2015-11-29
  • 国際学会
• [学会発表] モノリス型電極を用いたナトリウムイオン電池負極用ハードカーボンの性能評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長谷川丈二、金森主祥、中西和樹、安部武志
  • 学会等名: 第56回 電池討論会
  • 発表場所: ウインク愛知（名古屋）
  • 年月日: 2015-11-11
• [学会発表] Studies on Porous Monolithic Carbon Electrodes for Energy Storage (2015)
  • 著者名/発表者名: 長谷川丈二、金森主祥、中西和樹、安部武志
  • 学会等名: The XVIII edition of the International Sol-Gel Conference
  • 発表場所: メルパルク京都（京都）
  • 年月日: 2015-09-06
  • 国際学会
• [学会発表] 窒素含有チタン系有機－無機ハイブリッド多孔体の結晶化挙動 (2015)
  • 著者名/発表者名: 長谷川丈二、小林洋治、陰山洋、安部武志、金森主祥、中西和樹
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2015年年会
  • 発表場所: 岡山 （岡山県）
  • 年月日: 2015-03-20
• [学会発表] Synthesis and Electrochemical Application of Porous Si/C Nanocomposites from Poly(silsesqioxane) Networks (2015)
  • 著者名/発表者名: 長谷川丈二、楊肖、金森主祥、中西和樹、野平俊之、安部武志
  • 学会等名: Fourth International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials
  • 発表場所: シッチェス（スペイン）
  • 年月日: 2015-03-10
• [学会発表] 多孔性カーボンモノリスへのヘテロ原子の導入 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長谷川丈二、金森主祥、中西和樹、小林洋治、陰山洋、安部武志
  • 学会等名: 第41回炭素材料学会年会
  • 発表場所: 大野城（福岡県）
  • 年月日: 2014-12-10
• [学会発表] Nano-structured Porous Li4Ti5O12 as a High-Performance Anode for Li-ion and Na-ion Batteries (2014)
  • 著者名/発表者名: 長谷川丈二、金森主祥、清村勤、倉田博樹、中西和樹、安部武志
  • 学会等名: International Society of Electrochemistry 65th Annual Meeting
  • 発表場所: ローザンヌ（スイス）
  • 年月日: 2014-09-02
• [学会発表] 階層的多孔構造を有するチタン酸リチウムの作製と二次電池電極への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 長谷川丈二、金森主祥、清村勤、倉田博樹、中西和樹、安部武志
  • 学会等名: 第12回ゾル－ゲル討論会
  • 発表場所: つくば（茨城県）
  • 年月日: 2014-08-07
• [備考] 京都大学大学院 理学研究科 化学専攻 無機物質化学研究室
  • URL: http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/mukibutsu/