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2017 年度 実績報告書

3d遷移金属水酸化物ナノシート・グラフェンの複合材料を用いた貴金属代替触媒の開発

研究課題

研究課題/領域番号 15K13296
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

馬 仁志  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (90391218)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード水酸化物 / ナノシート / グラフェン / 電極触媒
研究実績の概要

遷移金属水酸化物系において高品質のCo5/6Fe1/6(OH)2板状結晶を合成し、さらに酸化処理などによってCo(II)5/6-Fe(III)1/6層状複水酸化物に変換することができた。化学剥離処理から得られたナノシートはこれまで研究されてきた単層水酸化物ナノシートM(II)2/3-M(III)1/3と異なる2層単元構造を持つことが分かった。この上で、Co(II)5/6-Fe(III)1/6水酸化物ナノシートをナノビルディングブロックとし、溶液自己組織化プロセスなどを利用して、酸化グラフェンとのヘテロ複合化を図り、ナノからマクロスケールでイオン・電子移動が制御された構造体を構築し、電極触媒としての電気化学特性を評価した。特に、水酸化物ナノシートの遷移金属組成(Co-Fe-Ni-Mn等)の最適化を重点的に行い、ヘテロ金属イオンの間の電荷移動を誘導することによって、還元型酸化グラフェンとヘテロ複合したナノ電極触媒がアルカリ性環境における0.3V以下の過電圧を達成した。
回転電極触媒測定法などの分析・評価手段を活用することにより過電圧、反応電子数などを解析した結果、遷移金属の配位環境及び電子状態が触媒活性に大きく影響することが分かった。多くの遷移金属酸化物や水酸化物が電極触媒として研究されてきたが、6配位化合物にほぼ限定されている状況である。新しい触媒材料系を開発するため、高度な配位制御によるユニークな配位構造を持つナノ物質の創製が触媒活性の大幅な向上につながる実験結果を得た。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2017

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

  • [雑誌論文] Liquid phase exfoliation of MoS2 assisted by formamide solvothermal treatment and enhanced electrocatalytic activity based on (H3Mo12O40P/MoS2)n multilayer structure2017

    • 著者名/発表者名
      Jinzhao Huang, Xiaolong Deng, Hao Wan, Fashen Chen, Yifan Lin, Xijin Xu, Renzhi Ma, Takayoshi Sasaki
    • 雑誌名

      ACS Sustainable Chemistry & Engineering

      巻: 4 ページ: 5227-5237

    • DOI

      10.1021/acssuschemeng.7b04873

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Ion conducting and electrocatalytic properties of single-layer metal hydroxide nanosheets2017

    • 著者名/発表者名
      Renzhi Ma, Pengzhan Sun, Wei Ma, Takayoshi Sasaki
    • 学会等名
      IUPAC 13th International Conference on Novel Materials and their Synthesis (NMS-XIII)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ナノシートと酸化グラフェンとのヘテロ集積材料2017

    • 著者名/発表者名
      馬仁志、佐々木高義
    • 学会等名
      グラフェン・酸化グラフェン合同シンポジウム
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2018-12-17  

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