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2021 年度 実績報告書

高容量を指向した光電変換Mn酸化物の作製とイオン挿入脱離機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K05007
研究機関関東学院大学

研究代表者

友野 和哲  関東学院大学, 理工学部, 准教授 (40516449)

研究分担者 隅本 倫徳  山口大学, 大学院創成科学研究科, 准教授 (40414007)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード層状化合物 / 層間金属錯体 / 光電流 / キャパシタ / 挿入脱離機構の解明
研究実績の概要

可逆な酸化還元により駆動するレドックスキャパシタ材料である層状MnO2の層間に酸化還元活性な金属錯体を挿入することで,比容量が増加(3-5倍)することを初めて見出した。さらに,光電流(2-9倍)も波長依存性を示した。本研究課題の目的は,金属錯体(Co,Ru系)/層状MnO2薄膜を作製し,①竹炭との複合化により大容量化と光電変換の高効率化の達成,②比容量等の電気化学性能を左右するイオンの挿入・脱離機構を明らかにすることである。
2019年度では,導電補助剤である竹炭基板作製の最適化を行い,含Co錯体/層状MnO2薄膜の最適条件での薄膜のキャパシタンスは850F/g(目標;500F/g)に達した。50サイクルまでの容量の低下は7%であった。
2020年度では,系統的な光照射実験を実施した。竹炭による表面積増加と脂質分子による層間イオンの脱離抑制を行った薄膜に対して光照射を行と,走査電位範囲内の比較的低電位で水溶液の電気分解が起きて膜が剥離するという新たな課題が生まれた。これについては,波長を精査することで解決した。一方で,層間イオンに対して最適な波長を変更する必要性が生じた。
2021年度では,電子伝達材であるメチルビオロゲンを層間内あるいは電解液に共存させることでイオンの挿入脱離機構に関する研究を進めた。予想に反して,層間内に電子伝達材を導入すると,キャパシタンスが低下することが分かった。一方,溶液に電子伝達材を導入することで濃度に比例してキャパシタンスが変化することを見出した。平均で950F/gに達することがわかった。また,1000F/gを超えたデータも得られたが再現性が悪く,現在条件を精査中である。

備考

友野研究室ホームページ
https://tomonolab.com/

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (11件) 備考 (5件)

  • [雑誌論文] Development of High-performance capacitor electrodes utilizing [Co(en)3]Cl3/MnO2 on a bamboo charcoal/carbon nanotube film2022

    • 著者名/発表者名
      Riku Okiguchi, Kazuaki Tomono
    • 雑誌名

      Journal of Technological Researches, Society of Science and Engineering Architecture and Environmental Design, Kanto Gakuin University

      巻: 65 ページ: 21-27

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inhibition of Interlayer Metal Complex Ion Desorption Using the Coated Film of Layered Manganese Oxide with Long-Chain Alkylammonium Ions as Interlayer Ions and Improvement of Pseudocapacity by Light Irradiation2022

    • 著者名/発表者名
      Makoto Itakura, Akinobu Hanaya, Itsu Ou, Kazuaki Tomono
    • 雑誌名

      Journal of Technological Researches, Society of Science and Engineering Architecture and Environmental Design, Kanto Gakuin University

      巻: 65 ページ: 13-20

    • 査読あり
  • [学会発表] 遷移金属錯体を有する 層状 Mn 酸化物を基盤とするエネルギーデバイスの作製2022

    • 著者名/発表者名
      板倉 誠,沖口 陸,花谷 明信,鎌田 素之,植原 弘明,友野 和哲
    • 学会等名
      日本化学会第 102,春季年会
  • [学会発表] Co 錯体および脂質イオンを層間イオンとするハ イブリッド型 Mn 酸化物の蓄電性能評価2022

    • 著者名/発表者名
      花谷明信,板倉誠,植原弘明,友野和哲
    • 学会等名
      第 24 回化学工学会学生発表会
  • [学会発表] 竹炭/CNT 基板上の 2 種の金属錯体を 含む層状マンガン酸化物による光キャパシタ電極の作製2022

    • 著者名/発表者名
      阿部真弓,佐藤鈴之助,沖口陸,夏井公大,友野和哲
    • 学会等名
      第 24 回化学工学会 学生発表会
  • [学会発表] 電子伝達剤である MV 添加に よる Co 錯体層状 MnO2 の高容量化機構の創成2022

    • 著者名/発表者名
      稲葉光亮,長谷川慧,板倉誠,沖口陸,花谷明信,友野和哲
    • 学会等名
      第 24 回化学工学会学生発表会
  • [学会発表] Co 錯体を含む交互積層膜の作製と 電子伝達体吸着による電気化学的特性への影響2021

    • 著者名/発表者名
      稲葉 光亮,長谷川 慧,板倉 誠,欧 逸生,友野 和哲
    • 学会等名
      関東学院大学 理工/建築・環 境学会
  • [学会発表] 二種の金属錯体の吸収波長拡張 マンガン酸化物薄膜の光照射によるキャパシタンス向上性2021

    • 著者名/発表者名
      阿部 真弓・佐藤 鈴之助・沖口 陸・板倉 誠・友野 和哲
    • 学会等名
      第 11 回 CSJ 化学フェスタ 2021
  • [学会発表] Co 錯体を含む交互多重積層型マンガン酸化 物の膜厚の違いが及ぼすキャパシタンスへの影響2021

    • 著者名/発表者名
      稲葉 光亮・板倉 誠・長谷川 慧・友野 和哲
    • 学会等名
      第 11 回 CSJ 化学フェ スタ 2021
  • [学会発表] 可視応答性金 属錯体を有する層状 MnO2 キャパシタンスの高容量化と脂質イオンによる安定化2021

    • 著者名/発表者名
      板倉 誠・欧 逸生・沖口 陸・阿部 真弓・佐藤 匠・鎌田 素之・友野 和哲
    • 学会等名
      第 11 回 CSJ 化学フェスタ 2021
  • [学会発表] CNT/竹炭混合電極を基板とする Co 含 MnO2 薄膜の電気化学特性の条件最適化2021

    • 著者名/発表者名
      沖口陸,阿部真弓,板倉誠,鎌田素之,友野和哲
    • 学会等名
      錯体化学討論会第 71 回討論会
  • [学会発表] バーネサイト型マンガン酸化物 の層間金属錯体イオンの脱離抑制2021

    • 著者名/発表者名
      板倉誠,欧逸生,沖口陸,阿部真弓,鎌田素之,友野和哲
    • 学会等名
      錯体化学討論会第 71 回討論会
  • [学会発表] 可視光の光電流によるマンガン酸化物 薄膜のキャパシタンス向上2021

    • 著者名/発表者名
      阿部真弓,佐藤鈴之助,沖口陸,板倉誠,友野和哲
    • 学会等名
      錯体化学討論会第 71 回討論会
  • [備考] 研究業績&表彰/ Publication & Award

    • URL

      https://tomonolab.com/publication_award/

  • [備考] 化学工学会 学生発表会2022 参加

    • URL

      https://tomonolab.com/2022/03/12/kagakukougaku2022/

  • [備考] 【理工/建築・環境学会】参加 当大学の学内学会

    • URL

      https://tomonolab.com/2021/11/22/rikou2021/

  • [備考] 第11回CSJ化学フェスタ2021 参加

    • URL

      https://tomonolab.com/2021/10/21/csj_festa2021/

  • [備考] 錯体化学会 第71回討論会 参加! 阿部さん・沖口さん・板倉さん

    • URL

      https://tomonolab.com/2021/09/16/sakutou2021/

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公開日: 2022-12-28  

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