| 研究領域 | 融合マテリアル：分子制御による材料創成と機能開拓 |
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| 研究課題/領域番号 |
22107010
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
今井 宏明 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70255595)
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| 研究期間 (年度) |
2010-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 融合マテリアル / 分子制御プロセス / 階層構造 / メソクリスタル / コバルト酸リチウム / リチウムイオン二次電池 / 酸化銅 / センサー |
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| 研究実績の概要 |
メソクリスタル構造は、単結晶性と高い比表面積を併せ持ち、ユニークな機能を示す。
本研究課題では、バイオミネラル類似のメソクリスタル構造を多様な物質系において作製し、環境エネルギー関連材料、生体材料、高強度材料への応用や動的機能などの融合機能の開拓を目指している。
平成25年度は、メソクリスタル構造を有する物質群の拡充を行い、コバルト酸リチウムを用いたリチウムイオン二次電池電極材料および酸化銅を用いたセンサ材料の作製を試みた。いずれも、メソクリスタル構造の構築により、ナノ粒子凝集体などと比較して特性の向上が確認できた。有機分子に制御された水溶液プロセスやトポタクティックな相変化を利用することで、炭酸塩・リン酸塩・金属酸化物などの様々な化合物において多様なメソクリスタル構造を構築してきた。
平成25年度は、実用化されている電極活物質の１つであるコバルト酸リチウムによるメソクリスタル構造の合成プロセスの確立とし、構造と電気化学特性の関係を調査した。前駆体としての塩化水酸化コバルトを合成し、トポタクティックな反応を経てメソクリスタル構造を有するコバルト酸リチウムを合成した。メソクリスタル構造は、市販のナノ粒子やユニット結晶のランダムな凝集体と比較し、その特徴である単結晶性と多孔性に起因し、充放電速度を上げた場合および充放電を繰り返した場合においても劣化が抑制されることがわかった。これまで、マンガン酸化細菌の合成プロセスを模倣した分子制御プロセスにより、遷移金属酸化物のメソクリスタル構造を合成してきた。この手法を応用することで、酸化銅(CuO)メソクリスタルを合成した。得られたCuOメソクリスタルは、市販のマイクロメートルサイズの粒子と比較し、ドーパミンの電気化学的検出において高感度な検出が可能であることがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
平成25年度は、研究代表者が国際的な共同研究のため、約2ヶ月海外に滞在した。その間も、2名の連携研究者を中心に本研究課題も滞りなく進行させることができた。
しかし、当初予想していなかった、共同研究を実施しながら明らかになってきた課題があり、これらの解決にあたって、平成25年度の補助金を翌年度へ繰り越すこととなった。具体的には、上述の共同研究において、本研究課題で得られた材料の評価・応用などを試みた。その際、当初の予想していた以上に、評価・応用の実験に適した材料への若干の調整、複数回の測定のための試料の増産、参照試料の作製などが必要であることがわかった。
これらは平成25年度の課題の範疇であるため、翌年度へ繰り越しを行って解決を試みる。
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| 今後の研究の推進方策 |
国際的な共同研究において明らかになった、評価・応用の実験に適した材料への若干の調整、複数回の測定のための試料の増産、参照試料の作製などを行い、平成25年度から繰り越した分の研究を完了させる。
平成25年度は、主にメソクリスタル構造の高い比表面積と単結晶性に着目して研究を進めていた。
平成26年度は、異なる視点から研究を進める。具体的には、メソクリスタルを構成するユニットとなるナノ結晶の間には空隙が存在する。これを多孔質体とみなして、物質の流路や反応場として利用することを試みる。
これにより、メソクリスタル構造に存在する空隙を利用した分離材料や合成・反応によるほかの材料への形態の転写を行う。
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