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層状ナノシート化合物MXeneの電極特性を明らかにするために、様々な組成のMXene合成に取り組んだ。例えば、Nb2CTxの組成を持つMXeneを、Nb2AlC組成のMAX相からAl層をエッチング除去することで合成した。得られたMXene Nb2CTxについて電気化学特性を評価したところ、エッチング剤に大きく依存した電極活性を示すことが分かった。すなわち、塩化物イオンを含むエッチング剤を使用した場合、ナトリウムイオンとの反応活性が著しく向上することが分かった。また、Mo2CTxの組成をもつMXeneについて、Mo2Ga2Cの組成のMAX相からGa2層をエッチング除去することで得た。このエッチングは非常に反応速度が遅く困難であったが、条件の最適化により完全なMXeneを合成することに成功した。得られたMXene Mo2CTxについて電極活性を調べたところ、アルカリ金属イオンの種類に依存したキャパシタンスを示すことが分かった。この結果は、Ti2CTxやTi3C2Txなどの組成を持つMXeneにおいても普遍的に観測される傾向であった。そこで、電子状態計算、溶媒和構造計算、および電位計算を行うことでMXeneの電化貯蔵メカニズムを検討した結果、溶媒和構造が特異的な誘電応答を示すことでキャパシタンスの特異的挙動が発現することが分かった。以上の知見を基にすることで、更なるキャパシタンスを実現することが可能となった。今後は、組成の更なる最適化、表面官能基の最適化を行うことで、より優れた電極特性をMXeneで実現することを狙う。
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