ホウ素を基盤とした新規2次元化合物の創成

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H03823
• 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 – 2019-03-31
• キーワード: ナノマテリアル / 2次元シート / 硼素

研究実績の概要

2硼化マグネシウム（MgB2）からMg2+をキレート錯体として取り除くと，化学的に活性な硼素の2次元シートが形成することがこれまでの研究でわかってきていました（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硼素の2次元シートに着目しました．本研究の第1の目的は硼素シートの化学反応性の起源と反応メカニズムを解析し明らかにすることです．第2の目的は，この高い化学反応性を緻密に制御し，硼素を基盤とした様々な新規の2次元化合物材料の創成することです．
昨年度までの反応メカニズムの研究により,二硼化マグネシウムのマグネシウム正イオンが他のカチオンとイオン交換して硼素のシート状の物質が生成できる可能性が見いだされたため,第2の目的遂行のためにスルホ基を有するイオン交換樹脂を用いてアセトニトリル中でイオン交換を試みたところ,マグネシウム正イオンとプロトンのイオン交換が起こることが明らかとなりました．イオン交換後の試料は水素と硼素が１：１の割合で構成されるシート物質であり，硼素が負に帯電していることがX線光電子分光，透過電子顕微鏡，走査電子顕微鏡，フーリエ変換赤外吸収分光，X線回折，X線2対分布関数，紫外吸収分光、密度汎関数法をはじめとする様々な分析・解析により示されました。そこで、この物質を硼化水素シートと名付け米国科学会誌に報告いたしました（J. Am. Chem. Soc. 139 (2017) 13761-13769.）．これまでに水素化硼素と呼ばれる物質は存在していましたが，今回見出された物質は硼素が負に帯電した硼化水素となります。この名称の物質は今のところ，これまでに報告された事例が見つかっていませんので，本研究で初めて見出された新規物質といえます．

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

新しい二次元物質の生成に成功したため順調に進展していると致しました．

今後の研究の推進方策

得られた知見を基に引き続き，本研究の第2の目的として掲げている様々な硼素を基盤とした新規２次元シート群を創成していきます．

研究成果

• [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 ページ: 780-804
  • DOI: 10.1080/14686996.2017.1379856
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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, Soshi Iimura, Akihiko Hirata, Naoto Umezawa, Susumu Okada, Eiji Nishibori, Asahi Fujino, Tomohiro Fujimori, Shin-ichi Ito, Junji Nakamura, Hideo Hosono, Takahiro Kondo
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 ページ: 13761-13769
  • DOI: 10.1021/jacs.7b06153
  • 査読あり
• [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-ichi Ito, Junji Nakamura, Hideo Hosono, Takahiro Kondo
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 121 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 single molecule 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
• [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