単層ボロンシートの合成

• 研究領域: 原子層科学
• 研究課題/領域番号: 16H00895
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 近藤 剛弘 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (70373305)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2016年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: ナノ材料 / 電子・電気材料 / 2次元シート / ホウ素

研究実績の概要

これまでの研究により，2硼化マグネシウム（MgB2）からMg2+イオンをキレート錯体として取り除くと，サブマイクロメートルサイズの広さを持ったハニカム構造のボロンの2次元シート（1層，2層，多層が存在）が形成することを見出してきました．興味深いことに，このボロンシートには窒素が30％以上も含有しており，詳しい解析の結果，Mg2+イオンを取り除いた直後のボロンシートが化学的に極めて活性であり，室温常圧にもかかわらずキレート剤と反応して窒素を取り込んでいることがわかりました．また，キレート剤と反応しない場合にはボロンのシート構造がくしゃくしゃな構造となった形態をとって安定化することを見出しました（特願2015-067282）．本研究ではこのような2硼化金属から形成する化学的に活性なホウ素の2次元シートを安定化させ，単層のボロフェンとして高収率に合成する方法を系統的な素過程の解析や生成物の解析を通じて新しく確立させることを目的としています．
昨年度までの研究によりキレート錯体の代りにイオン交換樹脂を用いることでMgB2のMgイオンがプロトンとイオン交換をし，2次元シートが形成することを新たに見出しました．分析の結果これはホウ素と水素で構成されるホウ化水素シートであることがわかりました．この物質はプロトンを保持しており，200 から1200 ℃の幅広い温度範囲で水素分子を放出するため，電子材料や水素吸蔵材料，固体燃料や固体酸触媒としての応用が期待できます．また既存材料との組み合わせにより資源・エネルギー・環境に関する様々な問題を解決する新しい材料としての利用が期待されます．さらに，本研究で最終目標としている単層ホウ素シートも，この物質から水素を取り除くことで生成できる可能性が見えてきました．すなわち単層のボロフェンを高収率に合成する設計指針を得ることができました．

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Formation and characterization of hydrogen boride sheets derived from MgB2 by cation exchange (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Nishino, Takeshi Fujita, Nguyen Thanh Cuong, Satoshi Tominaka, Masahiro Miyauchi, SoshiIimura, Akihiko Hirata, Naoto Umezawa, Susumu Okada, Eiji Nishibori, Asahi Fujino, TomohiroFujimori, Shin-ichi Ito, Junji Nakamura, Hideo Hosono, Takahiro Kondo
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 号: 39 ページ: 13761-13769
  • DOI: 10.1021/jacs.7b06153
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent progress in boron nanomaterials (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kondo
  • 雑誌名: Sci. Technol. Adv. Mater. 巻: 18 号: 1 ページ: 780-804
  • DOI: 10.1080/14686996.2017.1379856
  • NAID: 120007134610
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Formation Mechanism of Boron-Based Nanosheet through the Reaction of MgB2 with Water (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Nishino, Takeshi Fujita, Akiyasu Yamamoto, Tomohiro Fujimori, Asahi Fujino, Shin-ichiIto, Junji Nakamura, Hideo Hosono, Takahiro Kondo
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 121 号: 19 ページ: 10587-10593
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b02348
  • 査読あり
• [学会発表] ボロファンシートの生成と機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 近藤剛弘
  • 学会等名: 第16回 Pring-8ユーザー協同体 顕微ナノ材料科学研究会，第１３回 日本表面科学会 放射光表面科学研究部会，第２回 日本表面科学会プローブ顕微鏡研究部会，合同シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ホウ化水素シートの生成と機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西野弘晃, 藤田武志, Nguyen Thanh Cuong, 冨中悟史, 宮内雅浩, 飯村壮史, 平田秋彦, 梅澤直人, 岡田晋, 西堀英治, 藤野朝日, 藤森智博, 伊藤伸一, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘
  • 学会等名: 第12回 日本ホウ素・ホウ化物研究会（JSBB2017）
• [学会発表] ホウ化水素（ボロファン）シートの生成と機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 近藤剛弘
  • 学会等名: 第63回 GREENオープンセミナー， 物質・材料研究機構
  • 招待講演
• [学会発表] Hydrogen boride sheets derived from MgB2 by cation exchange (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kondo
  • 学会等名: 2018 Joint Symposium on Energy Materials Science and Technology (Workshop of Pre-Strategic Initiatives)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 白金代替窒素ドープ炭素触媒と新規ホウ素触媒 (2017)
  • 著者名/発表者名: 近藤剛弘
  • 学会等名: 2017年度触媒学会北海道支部札幌講演会「～固体表面反応場の新しい描像～」
  • 招待講演
• [学会発表] Hydrogen Boride Sheets Derived from MgB2 by Cation Exchange (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Nishino, Takeshi Fujita, Nguyen Thanh Cuong, Satoshi Tominaka, Masahiro Miyauchi, Soshi Iimura, Akihiko Hirata,Naoto Umezawa, Susumu Okada, Eiji Nishibori, Asahi Fujino, Tomohiro Fujimori, Shin-ichi Ito, Junji Nakamura, Hideo Hosono,Takahiro Kondo
  • 学会等名: 2017 Materials Research Society (MRS) Fall Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Hydrogen Boride Sheets Derived from MgB2 by Cation Exchange (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Nishino, Takeshi Fujita, Nguyen Thanh Cuong, Satoshi Tominaka, Masahiro Miyauchi, Soshi Iimura, Akihiko Hirata,Naoto Umezawa, Susumu Okada, Eiji Nishibori, Asahi Fujino, Tomohiro Fujimori, Shin-ichi Ito, Junji Nakamura, Hideo Hosono,Takahiro Kondo
  • 学会等名: 5th Ito International Research Center Conference "Forefront of Molecular Dynamics at Surfaces and Interfaces: from a singlemolecule to catalytic reaction"
  • 国際学会
• [学会発表] Catalytic property of boron hydride sheets (2017)
  • 著者名/発表者名: Asahi Fujino, Hiroaki Nishino, Shin-ichi Ito, Junji Nakamura, Hideo Hosono, Takahiro Kondo
  • 学会等名: The Tenth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-10)
  • 国際学会
• [学会発表] Boron-Based Sheets Derived From MgB2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Nishino, Takeshi Fujita, Nguyen Thanh Cuong, Satoshi Tominaka, Masahiro Miyauchi, Akiyasu Yamamoto, Soshi Iimura,Akihiko Hirata, Naoto Umezawa, Susumu Okada, Eiji Nishibori, Asahi Fujino, Tomohiro Fujimori, Shin-ichi Ito, Junji Nakamura,Hideo Hosono, Takahiro Kondo
  • 学会等名: The Tenth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-10)
  • 国際学会
• [学会発表] イオン交換法による水素化ホウ素シートの大量生成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西野弘晃, 藤田武志, Nguyen Thanh Cuong, 宮内雅浩, 飯村壮史, 梅澤直人, 岡田晋, 西堀英治, 藤森智博, 藤野朝日, 伊藤伸一, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会 (2017)
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス（神奈川県横浜市）
• [学会発表] 水素化ホウ素シートの触媒特性の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤野朝日, 伊藤伸一, 西野弘晃, 藤森智博, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会 (2017)
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス（神奈川県横浜市）
• [学会発表] 387)藤森智博, 藤田武志, 西野弘晃, 藤野朝日, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤森智博, 藤田武志, 西野弘晃, 藤野朝日, 中村潤児, 細野秀雄, 近藤剛弘
  • 学会等名: 日本化学会 第97春季年会 (2017)
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス（神奈川県横浜市）
• [学会発表] Fundamental Properties and Applications of Two-Dimensional Materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Kondo
  • 学会等名: 29th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: ANA Crowne Plaza Kyoto, Kyoto (Japan)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Room Temperature Synthesis of Two-Dimensional Boron Sheets (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Nishino, T. Fujimori, A.Fujino, T. Fujita, N. Umezawa, S. Okada, E. Nishibori, S.Ito, J. Nakamura, H. Hosono and T. Kondo
  • 学会等名: 29th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: ANA Crowne Plaza Kyoto, Kyoto (Japan)
  • 国際学会
• [備考] プレスリリース（筑波大学 注目の研究）
  • URL: https://www.tsukuba.ac.jp/attention-research/p201709261400.html
• [備考] TSUKUBA FUTURE：#085：平面に広がる新しい材料の世界
  • URL: http://www.tsukuba.ac.jp/notes/085/index.html