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ヘテロMXene積層構造の構築

公募研究

研究領域原子層科学
研究課題/領域番号 16H00901
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
研究機関東京大学

研究代表者

大久保 將史  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20453673)

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 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワードMXene / ナノシート / 原子層物質 / 層状化合物 / キャパシタ / 二次電池
研究実績の概要

層状ナノシート化合物MXeneの電極特性を明らかにするために、様々な組成のMXene合成に取り組んだ。例えば、Nb2CTxの組成を持つMXeneを、Nb2AlC組成のMAX相からAl層をエッチング除去することで合成した。得られたMXene Nb2CTxについて電気化学特性を評価したところ、エッチング剤に大きく依存した電極活性を示すことが分かった。すなわち、塩化物イオンを含むエッチング剤を使用した場合、ナトリウムイオンとの反応活性が著しく向上することが分かった。また、Mo2CTxの組成をもつMXeneについて、Mo2Ga2Cの組成のMAX相からGa2層をエッチング除去することで得た。このエッチングは非常に反応速度が遅く困難であったが、条件の最適化により完全なMXeneを合成することに成功した。得られたMXene Mo2CTxについて電極活性を調べたところ、アルカリ金属イオンの種類に依存したキャパシタンスを示すことが分かった。この結果は、Ti2CTxやTi3C2Txなどの組成を持つMXeneにおいても普遍的に観測される傾向であった。そこで、電子状態計算、溶媒和構造計算、および電位計算を行うことでMXeneの電化貯蔵メカニズムを検討した結果、溶媒和構造が特異的な誘電応答を示すことでキャパシタンスの特異的挙動が発現することが分かった。以上の知見を基にすることで、更なるキャパシタンスを実現することが可能となった。今後は、組成の更なる最適化、表面官能基の最適化を行うことで、より優れた電極特性をMXeneで実現することを狙う。

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。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] MXene as a Charge Storage Host2018

    • 著者名/発表者名
      Okubo Masashi、Sugahara Akira、Kajiyama Satoshi、Yamada Atsuo
    • 雑誌名

      Accounts of Chemical Research

      巻: 51 号: 3 ページ: 591-599

    • DOI

      10.1021/acs.accounts.7b00481

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhanced Li-Ion Accessibility in MXene Titanium Carbide by Steric Chloride Termination2017

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Kajiyama, Lucie Szabova, Hiroki Iinuma, Akira Sugahara, Kazuma Gotoh, Keitaro Sodeyama, Yoshitaka Tateyama, Masashi Okubo, Atsuo Yamada
    • 雑誌名

      Advanced Energy Materials

      巻: - 号: 9 ページ: 1601873-1601873

    • DOI

      10.1002/aenm.201601873

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 層状化合物MXene Ti2Cのリチウムイオン電池負極への応用2017

    • 著者名/発表者名
      大久保將史, 梶山智司,飯沼広基, 菅原哲, Lucie Szabova, 袖山慶太郎, 館山佳尚, 山田淳夫
    • 学会等名
      電気化学会第84回大会
    • 発表場所
      東京、首都大学東京
    • 年月日
      2017-03-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Enhanced Li-Ion Accessibility in MXene Titanium Carbide by Steric Chloride Termination2017

    • 著者名/発表者名
      Masashi Okubo, Satoshi Kajiyama, Lucie Szabova, Hiroki Iinuma, Akira Sugahara, Keitaro Sodeyama, Yoshitaka Tateyama, Atsuo Yamada
    • 学会等名
      International Battery Association 2017 (IBA 2017)
    • 発表場所
      奈良、Nara Kasugano International Forum
    • 年月日
      2017-03-09
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 層状化合物MXene Ti_3 C_2 T_x を用いたナトリウムイオン電池負極におけるカルボキシメチルセルロースバインダーの効果2017

    • 著者名/発表者名
      菅原哲, 梶山智司, 飯沼広基, 大久保將史, 山田淳夫
    • 学会等名
      第58回電池討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Two-Dimensional MXene for Nonaqueous Hybrid Supercapacitors2017

    • 著者名/発表者名
      Masashi Okubo, Satoshi Kajiyama, Hiroki Iinuma, Akira Sugahara, Lucie Szabova, Keitaro Sodeyama, Yoshitaka Tateyama, Atsuo Yamada
    • 学会等名
      21st International Conference on Solid State Ionics
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 層状化合物MXeneの電極応用2017

    • 著者名/発表者名
      大久保將史, 山田淳夫
    • 学会等名
      第101回新電池構想部会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 層状化合物MXene Ti2Cを用いたリチウムイオン電池負極の特性2016

    • 著者名/発表者名
      大久保將史, 梶山智司, 飯沼広基, 菅原哲, Lucie Szabova, 袖山慶太郎, 館山佳尚, 山田淳夫
    • 学会等名
      第57回電池討論会
    • 発表場所
      幕張、幕張メッセ
    • 年月日
      2016-11-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Mxene: Novel Negative Electrode Materials for Sodium-Ion Batteries2016

    • 著者名/発表者名
      Masashi Okubo, Xianfen Wang, Satoshi Kajiyama, Hiroki Iinuma, E. Hosono, S. Oro, I. Moriguchi, Atsuo Yamada
    • 学会等名
      18th International Meeting on Lithium Batteries (IMLB 2016)
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2016-06-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Pseudocapacitive Negative Electrodes Based on Mxene Ti2CTx for High-Power Li-Ion Batteries2016

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Kajiyama, Hiroki Iinuma, S. Lucie, Keitaro Sodeyama, Akira Sugahara, K. Gotoh, Yoshitaka Tateyama, Masashi Okubo, Atsuo Yamada
    • 学会等名
      18th International Meeting on Lithium Batteries (IMLB 2016)
    • 発表場所
      Chicago, USA
    • 年月日
      2016-06-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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