革新的sp3機能電極材料の創製

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H00832
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 栄長 泰明 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (00322066)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: ダイヤモンド / 電極

研究実績の概要

本研究では、次世代電極材料として注目されている「ダイヤモンド電極」のもつ問題点を解決できる新しい電極材料の創製を目指した。ダイヤモンドの「sp3炭素による構造安定性」をはじめとする優位性は最大限生かし、これまでの限界を超えるブレイクスルーを起こす電極材料「革新的sp3機能電極材料」の開拓を目指した。広い視野でさまざまな用途を意識するものの、特に「電気化学センサー」なかでも生体計測用途、ならびに「電解による物質合成」用途に向けた新機能電極創製に注力した。
本年度は、新電極材料として、ホウ素をドープした炭化ケイ素(SiC)電極、すなわち不純物ドープにより導電性を向上させた炭化ケイ素(SiC)電極の創製に関し、その物性、機能について詳細に検討した。また、sp2不純物炭素を含むsp3ダイヤモンド電極を、熱フィラメントCVDにより合成することで、大面積電極としての材料創製を目指した。このように作製した電極のCO2還元性能について詳細に検討したところ、電解条件を最適化することにより、高効率でのギ酸生成に成功した。一方で、金属修飾等の高機能化を志向したsp3ダイヤモンド電極について、そのCO2還元等の機能評価を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Indonesia(インドネシア)
  • 国名: インドネシア
  • 外国機関名: University of Indonesia
• [国際共同研究] University of Airlangga(インドネシア)
  • 国名: インドネシア
  • 外国機関名: University of Airlangga
• [雑誌論文] Blood Oxygen Sensor Using a Boron-Doped Diamond Electrode (2022)
  • 著者名/発表者名: Triana Yunita、Ogata Genki、Tomisaki Mai、Irkham、Einaga Yasuaki
  • 雑誌名: Analytical Chemistry 巻: 94 ページ: 3948～3955
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.1c04999
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical CO2 reduction on sub-microcrystalline boron-doped diamond electrodes (2021)
  • 著者名/発表者名: Peng Zhen、Xu Jing、Kurihara Kaori、Tomisaki Mai、Einaga Yasuaki
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 巻: 120 ページ: 108608～108608
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2021.108608
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical Sensing Applications Using Diamond Microelectrodes (2021)
  • 著者名/発表者名: Ivandini Tribidasari A.、Einaga Yasuaki
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 94 ページ: 2838～2847
  • DOI: 10.1246/bcsj.20210296
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of Boron-Doping Level and Surface Termination in Diamond on Electrogenerated Chemiluminescence (2021)
  • 著者名/発表者名: Sakanoue Kohei、Fiorani Andrea、Irkham、Einaga Yasuaki
  • 雑誌名: ACS Applied Electronic Materials 巻: 3 ページ: 4180～4188
  • DOI: 10.1021/acsaelm.1c00620
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metal modified carbon-based electrode for CO2 electrochemical reduction: A review (2021)
  • 著者名/発表者名: Jiwanti Prastika Krisma、Sultana Sharmin、Wicaksono Wiyogo Prio、Einaga Yasuaki
  • 雑誌名: Journal of Electroanalytical Chemistry 巻: 898 ページ: 115634～115634
  • DOI: 10.1016/j.jelechem.2021.115634
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Localized Graphitization on Diamond Surface as a Manifestation of Dopants (2021)
  • 著者名/発表者名: Catalan Francesca Celine I.、Anh Le The、Oh Junepyo、Kazuma Emiko、Hayazawa Norihiko、Ikemiya Norihito、Kamoshida Naoki、Tateyama Yoshitaka、Einaga Yasuaki、Kim Yousoo
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 33 ページ: 2103250～2103250
  • DOI: 10.1002/adma.202103250
  • 査読あり
• [雑誌論文] Boron position-dependent surface reconstruction and electronic states of boron-doped diamond(111) surfaces: an <i>ab initio</i> study (2021)
  • 著者名/発表者名: The Anh Le、Catalan Francesca Celine I.、Kim Yousoo、Einaga Yasuaki、Tateyama Yoshitaka
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 23 ページ: 15628～15634
  • DOI: 10.1039/d1cp00689d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unique properties of fine bubbles in the electrochemical reduction of carbon dioxide using boron-doped diamond electrodes (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomisaki Mai、Natsui Keisuke、Fujioka Satoko、Terasaka Koichi、Einaga Yasuaki
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 389 ページ: 138769～138769
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2021.138769
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modification of boron-doped diamond electrodes with gold?palladium nanoparticles for an oxygen sensor (2021)
  • 著者名/発表者名: Ivandini Tribidasari A.、Luhur Muhammad S. P.、Khalil Munawar、Einaga Yasuaki
  • 雑誌名: The Analyst 巻: 146 ページ: 2842～2850
  • DOI: 10.1039/d0an02414g
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Annealing enhancement in stability and performance of copper modified boron-doped diamond (Cu-BDD) electrode for electrochemical nitrate reduction (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuang Peijing、Natsui Keisuke、Einaga Yasuaki、Feng Chuanping、Cui Yubo、Zhang Wanjun、Deng Yang
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials 巻: 114 ページ: 108310～108310
  • DOI: 10.1016/j.diamond.2021.108310
  • 査読あり
• [雑誌論文] An efficient, formic acid selective CO2 electrolyzer with a boron-doped diamond cathode (2021)
  • 著者名/発表者名: Du Jinglun、Fiorani Andrea、Einaga Yasuaki
  • 雑誌名: Sustainable Energy & Fuels 巻: 5 ページ: 2590～2594
  • DOI: 10.1039/d1se00309g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancing the Electrochemical Reduction of CO2 by Controlling the Flow Conditions: An Intermittent Flow Reduction System with a Boron-Doped Diamond Electrode (2021)
  • 著者名/発表者名: Irkham、Nagashima Shinichi、Tomisaki Mai、Einaga Yasuaki
  • 雑誌名: ACS Sustainable Chemistry &amp; Engineering 巻: 9 ページ: 5298～5303
  • DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c08955
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication and electrochemical properties of boron-doped SiC (2021)
  • 著者名/発表者名: Uchiyama Kazuki、Yamamoto Takashi、Einaga Yasuaki
  • 雑誌名: Carbon 巻: 174 ページ: 240～247
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2020.12.017
  • 査読あり
• [学会発表] ダイヤモンドマイクロ電極のリアルタイム生体計測への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 栄長泰明
  • 学会等名: 電気化学会第88回大会
  • 招待講演
• [学会発表] ダイヤモンド電極を用いた薬物・生体内物質の生体内リアルタイム計測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 栄長泰明
  • 学会等名: 第1回領域融合セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] ダイヤモンド電極の応用展開 (2021)
  • 著者名/発表者名: 栄長泰明
  • 学会等名: 第 59 回センサ＆アクチュエータ技術シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Electrochemical Application on Boron-doped Diamond Electrodes (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Einaga
  • 学会等名: The 18th International Symposium on Electroanalytical Chemistry (ISEAC)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electrochemical CO2 reduction using boron-doped diamond electrodes (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Einaga
  • 学会等名: 2d Workshop Nanotechnologies for 21st Century
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electrochemical Application on Boron-doped Diamond Electrodes (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Einaga
  • 学会等名: Asianalysis XV
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ダイヤモンド電極の最近の展開と電気化学センサーへの応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 栄長泰明
  • 学会等名: 日本機能水学会第19回学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] Development of electrochemical application on boron-doped diamond electrodes (2021)
  • 著者名/発表者名: Yasuaki Einaga
  • 学会等名: 2021 MRS Fall Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 慶應義塾大学理工学部化学科栄長研究室
  • URL: http://www.chem.keio.ac.jp/einaga-lab/