公募研究
新学術領域研究(研究領域提案型)
本研究では、炭素ナノ被覆と鋳型炭素化法を異分野の材料（および調製法）と有機的に結び付け、従来に無い機能をもつナノカーボン融合マテリアルの調製を行った。まず、リチウムイオン電池の実用的な負極材料として期待されている機械粉砕したシリコンナノ粒子を炭素ナノ被覆することで、Siナノ粒子同士を炭素ナノ層で連結した複合材料（C/Si）を調製した。被覆前の試料は数サイクルの充放電で急速に劣化するが、C/Siは劣化が大幅に遅延化されており、なおかつ極めて高いレート特性を示した。充放電後の試料の分析により、炭素ナノ被覆は粉砕Siナノ粒子の充放電に伴う構造変化を劇的に変化させ、その結果高いレート特性とサイクル特性を実現できることを明らかにした。また、炭素ナノ被覆を利用した新規Si/C材料の開発にも成功した。まず単分散シリカナノ粒子(粒径40～50 nm)を炭素ナノ被覆した後に溶融塩中で電気化学的に還元してナノシリコン/炭素複合体に転換した。還元後の試料を電子顕微鏡で観察した結果、シリカ粒子表面で生成した直径40～50 nmの球状の炭素の殻の中に、粒径が10～20 nm程度のナノ結晶が存在していることが確認できた。また、このようにして調製したSi/C複合体はSi周囲にその膨張を緩和する緩衝空間が存在するため、単なるSiナノ粒子と炭素との複合体よりもリチウムイオン電池負極材料として高いサイクル特性を示した。さらに、凍結時の相分離により誘起される自己組織化において、セルロースナノファイバーがハニカム構造を形成するための強力な構造規定剤として作用することを見出し、様々なポリマーやグラフェンとの複合化が可能であること、機械的強度に優れるハニカム構造体を調製可能であることを見出した。
26年度が最終年度であるため、記入しない。
すべて 2014 2013 その他
すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (25件) (うち招待講演 9件) 図書 (3件) 備考 (1件) 産業財産権 (2件)
Nanoscale
巻: 6 号: 18 ページ: 10574-10583
10.1039/c4nr01687d
Carbon
巻: 68 ページ: 814-817
10.1016/j.carbon.2013.09.084
Angewandte Chemie International Edition
巻: 52 号: 28 ページ: 7261-7265
10.1002/anie.201301321
Sci. Rep.
巻: 3 号: 1 ページ: 2975-2975
10.1038/srep02975
Chem.-Eur. J.
巻: 19 号: 39 ページ: 13009-13016
10.1002/chem.201301806
http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/kyotani/nishihara/nishihara.html
