導電性高分子膜への電流反転金ナノ粒子自在析出制御による電極触媒設計学理の構築

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22K20475
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 栗岡 智行 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (00963456)
• 研究期間 (年度): 2022-08-31 – 2024-03-31
• キーワード: ハイブリッド材料 / 電極触媒 / 貴金属ナノ粒子 / 導電性高分子 / 電気化学センサー

研究実績の概要

電気化学反応に基づき、簡便かつ迅速に化学物質を高感度で検出可能な電気化学センサは、糖尿病患者の健康状態をモニタリングするためのグルコースセンサや、作業環境維持のためのアルコールガスセンサに用いられている。電気化学センサの有力な電極材料の一つとして、導電性高分子担持体と貴金属ナノ粒子からなるハイブリッド材料がある。担持体中における、貴金属ナノ粒子の形状や量、分布は、ハイブリット材料の電極触媒特性に影響を及ぼすため、これらの制御は重要であるものの、その手法は依然限られている。そこで本研究は、貴金属である金を用いた金ナノ粒子/導電性高分子ハイブリッド材料中における、金ナノ粒子の析出制御、およびその電極触媒能向上に向けた材料設計指針の構築を目的とする
申請者は、金ナノ粒子析出制御のため、導電性高分子の電気化学ドーピングに着目した。金ナノ粒子源となる四塩化金酸イオン存在下で、導電性高分子の電気化学ドーピングを異なる電位で実行し、金ナノ粒子/導電性高分子ハイブリット材料を作製した。作製したハイブリット材料について、アルコールの電解酸化に対する電極触媒能を評価した。その結果、電気化学ドーピングを実施する電位によって、ハイブリッド材料の電極触媒能が異なることを見出した。特に、導電性高分子の電気化学ドーピングと金の電析が同時に進行する電位帯でハイブリッド材料を作製した時、優れた電極触媒特性を発現することを見出した。これは、導電性高分子中の貴金属粒子の凝集が抑制された結果であると考えられる。
以上より本研究課題は、導電性高分子の電気化学ドーピングを駆使する金ナノ粒子/導電性高分子複合材料作製のための設計指針を新たに構築した。

研究成果

• [国際共同研究] University of Southampton(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Southampton
• [雑誌論文] Manipulation of interfacial charge dynamics for metal-organic frameworks toward advanced photocatalytic applications (2024)
  • 著者名/発表者名: Chien-Yi Wang, Huai-En Chang, Cheng-Yu Wang, Tomoyuki Kurioka, Chun-Yi Chen, Tso-Fu Mark Chang, Masato Sone, Yung-Jung Hsu*
  • 雑誌名: Nanoscale Advance 巻: Vol. 6 ページ: 1039
  • DOI: 10.1039/D3NA00837A
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effects of Bromide Ions in Anomalous Codeposition of Ni-Co Alloys with a Sulfamate Based Electrolyte (2023)
  • 著者名/発表者名: Yiming Jiang, Chun-Yi Chen, Tomoyuki Kurioka, Xun Luo, Daisuke Yamane, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang
  • 雑誌名: Micro and Nano Engineering 巻: Vol. 20 ページ: 100175
  • DOI: 10.1016/j.mne.2023.100217
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Functionalization of polyethylene terephthalate fabrics with au@Cu2O core@shell nanocrystals for environmental purifications (2023)
  • 著者名/発表者名: Jhen-Yang Wu, Mei-Jing Fang, Tomoyuki Kurioka, Ting-Hsuan Lai, Ming-Yu Kuo, Yi-Hsuan Chiu, Chun-Wen Tsao, Yi-An Chen, Hsuan-Hung Kuo, Yu-An Chien, Po-Wei Cheng, Bo-You Lin, Sue-Min Chang, Chun-Yi Chen, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang, Yung-Jung Hsu
  • 雑誌名: Micro and Nano Engineering 巻: Vol. 20 ページ: 100175
  • DOI: 10.1016/j.mne.2023.100217
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 電気化学的アプローチによるAu/poly(3,4-ethylenedioxythiophene)複合材料の作製とその電極触媒特性評価 (2024)
  • 著者名/発表者名: 樋口 丈司, 栗岡 智行, Chun-Yi Chen, 曽根 正人, Tso-Fu Mark Chang
  • 学会等名: 第71回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Atomic PdxAuy Clusters Decorated Polyaniline for Electrochemical Sensing of 1-Propanol (2023)
  • 著者名/発表者名: Shohei Yoshida, Tomoyuki Kurioka, Chun-Yi Chen, Parthojit Chakraborty, Yung-Jung Hsu, Takamichi Nakamoto, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang
  • 学会等名: MNE2023
  • 国際学会
• [学会発表] Catalytic Activity of Atomic Metals Clusters Decorated Polyaniline Electrodes in Electrochemical Oxidation of 1-Propanol (2023)
  • 著者名/発表者名: Shohei Yoshida, Keisuke Okamoto, Tomoyuki Kurioka, Chun-Yi Chen, Parthojit Chakraborty, Takamichi Nakamoto, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang
  • 学会等名: ECS 244th Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Anodic Chlorination of Poly(3-(2-ethylhexyl)Thiophene) Films Facilitated By Constructing Ordered Structures (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Kurioka, Ikuyoshi Tomita, Shinsuke Inagi
  • 学会等名: ECS 244th Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Preparation of polypyrrole film with various morphology using supercritical carbon dioxide assisted emulsified electrode (2023)
  • 著者名/発表者名: Punvinai Vinaisuratern, Tomoyuki Kurioka, Chun-Yi Chen, Yoshishige Tsuchiya, Masato Sone, Tso-Fu Mark Chang
  • 学会等名: TACT2023
  • 国際学会