2023 Fiscal Year Research-status Report
Creating new catalyst materials using boron monosulfide nanosheets
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22K18964
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
近藤 剛弘 筑波大学, 数理物質系, 教授 (70373305)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Keywords | 菱面体硫化ホウ素 / ホウ素 / 硫黄 / 触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，我々が世界で初めて単離生成を実現した新規二次元物質である硫化ホウ素シートを用い，新しい触媒材料群を創出することです。硫化ホウ素シートは二硫化モリブデンのモリブデン原子を二つのホウ素原子で置換した結晶構造を持つ二次元物質です。我々は菱面体硫化ホウ素という三次元結晶を劈開することで創出に成功しました。これまでの研究から菱面体硫化ホウ素はグラフェンと混合することでアルカリ中での水電解における酸素生成反応に対する触媒として、市販のRuO2を上回る世界最高活性の性能を示すことを見出しました。さらに、ニッケルフォームという担体を合わせて用いると、100時間以上高出力運転させても安定であることも見出しました。X線光電子分光、赤外吸収分光、ラマン散乱、走査電子顕微鏡観察、X線回折などを触媒の使用前後で行った結果、電極触媒として使用後も菱面体硫化ホウ素は安定であることも明らかとなりました。また、菱面体硫化ホウ素は可視～紫外線照の幅広い波長範囲の光に対して、それぞれ水を分解して水素を発生させることが可能であることも見出しました。紫外線の場合は量子効率が1.8％であることも明らかにしました。さらに、二酸化炭素の還元、色素の酸化反応に対しても紫外線照射による光触媒機能があることを見出しました。一方で、光触媒として菱面体硫化ホウ素を用いた場合は、徐々に劣化が起きることもわかりました。これに対しては菱面体硫化ホウ素に助触媒を加えることが劣化を抑えるのに有効であることがわかりました。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
硫化ホウ素シートがグラフェンと混合することでアルカリ中での水電解における酸素生成反応に対する触媒として、市販のRuO2を上回る世界最高活性の性能を示すことを見出したことに加え、可視～紫外線照の幅広い波長範囲の光に対して、それぞれ水を分解して水素を発生させることが可能であることも見出したため。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き他の触媒性能の有無を調べます。特に熱触媒としての機能についてまだ調べていないため、明らかにしていく予定です。
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[Journal Article] Controlling Photoinduced H2 Release from Freestanding Borophane Sheets Under UV Irradiation by Tuning B-H Bonds2023
Author(s)
Miwa Hikichi, Junpei Takeshita, Natsumi Noguchi, Shin-ichi Ito, Yukihiro Yasuda, Luong Thi Ta, Kurt Irvin M. Rojas, Iwao Matsuda, Satoshi Tominaka, Yoshitada Morikawa, Ikutaro Hamada, Masahiro Miyauchi, Takahiro Kondo
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Journal Title
Advanced Materials Interfaces
Volume: 10
Pages: 2300414(1-8)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Rhombohedral boron monosulfide as a metal-free photocatalyst2023
Author(s)
Keisuke Miyazaki, Akira Yamaguchi, Haruki Kusaka, Norinobu Watanabe, Aufandra Cakra Wardhana, Satoshi Ishii, Akiyasu Yamamoto, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Takahiro Kondo, Masahiro Miyauchi
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 13
Pages: 19540(1-10)
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Boron monosulfide as an electrocatalyst for the oxygen evolution reaction2023
Author(s)
Linghui Li, Satoshi Hagiwara, Cheng Jiang, Haruki Kusaka, Norinobu Watanabe, Takeshi Fujita, Fumiaki Kuroda, Akiyasu Yamamoto, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Hideo Hosono, Minoru Otani, Takahiro Kondo
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Journal Title
Chemical Engineering Journal
Volume: 471
Pages: 144489(1-9)
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] 優れた安定性を持つ酸素発生反応触媒r－BS＋G2024
Author(s)
李玲慧, 萩原聡, 姜澄, 日下陽貴, 渡邉範陳, 藤田武志, 黒田文彬, 山本明保, 宮川仁, 谷口尚, 細野秀雄, 大谷実, 近藤剛弘
Organizer
日本化学会第104春季年会(2024)
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[Presentation] Enhancing the Stability of rBS+G Electrocatalyst for Efficient Oxygen Evolution Reaction2024
Author(s)
L. Li, S. Hagiwara, C. Jiang, H. Kusaka, N. Watanabe, T. Fujita, F. Kuroda, A. Yamamoto, M. Miyakawa, T. Taniguchi, H. Hosono, M. Otani, T. Kondo
Organizer
第16回日本ホウ素・ホウ化物研究会
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[Presentation] 高温高圧水素処理によるホウ化水素シートの水素脱離メカニズムの探索2024
Author(s)
安田幸広, 後藤知歩, 野口夏未, 中平夕貴, 内海伶那, 齋藤寛之, 中野智志, 伊藤伸一, 引地美亜, 折茂慎一, 近藤剛弘
Organizer
第16回日本ホウ素・ホウ化物研究会
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[Presentation] Development of highly stable r-BS+G electrocatalyst for the oxygen evolution reaction2023
Author(s)
Linghui Li, Satoshi Hagiwara, Cheng Jiang, Haruki Kusaka, Norinobu Watanabe, Takeshi Fujita, Fumiaki Kuroda, Akiyasu Yamamoto, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Hideo Hosono, Minoru Otani, Takahiro Kondo
Organizer
表面界面スペクトロスコピー2023
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[Presentation] Investigation of carrier properties of rhombohedral boron monosulfide and changes in properties due to impurity doping2023
Author(s)
Norinobu Watanabe, Keisuke Miyazaki, Masayuki Toyoda, Kotaro Takeyasu, Naohito Tsujii, Haruki Kusaka, Akiyasu Yamamoto, Susumu Saito, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Takashi Aizawa, Takao Mori, Masahiro Miyauchi, Takahiro Kondo
Organizer
Materials Research Meeting 2023 (MRM2023/IUMRS-ICA2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] r-BS as a promising high performance with strong durability metalfree electrocatalyst for OER2023
Author(s)
Linghui Li, Satoshi Hagiwara, Cheng Jiang, Haruki Kusaka, Norinobu Watanabe, Takeshi Fujita, Fumiaki Kuroda, Akiyasu Yamamoto, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Hideo Hosono, Minoru Otani, Takahiro Kondo
Organizer
Materials Research Meeting 2023 (MRM2023/IUMRS-ICA2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Controlling Ultraviolet Photo-Induced H2 Release Rate by Tuning B-H Bonds in Free-Standing Borophane2023
Author(s)
Miwa Hikichi, Junpei Takeshita, Natsumi Noguchi, Shin-ichi Ito, Luong Thi Ta, Kurt Irvin M. Rojas, Iwao Matsuda, Satoshi Tominaka, Yoshitada Morikawa, Ikutaro Hamada, Masahiro Miyauchi, Takahiro Kondo
Organizer
Materials Research Meeting 2023 (MRM2023/IUMRS-ICA2023)
Int'l Joint Research
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[Presentation] A New 2D Chemistry of Boron?2023
Author(s)
Josep M. Oliva-Enrich, Maxime Ferrer, Ibon Alkorta, Jose Elguero, Takahiro Kondo
Organizer
XLVI International Congress of Theoretical Chemists of Latin Expression
Int'l Joint Research
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[Presentation] Experimental investigation of the carrier properties of boron monosulfide2023
Author(s)
Norinobu Watanabe, Keisuke Miyazaki, Masayuki Toyoda, Kotaro Takeyasu, Naohito Tsujii, Haruki Kusaka, Akiyasu Yamamoto, Susumu Saito, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Takashi Aizawa, Takao Mori, Masahiro Miyauchi, Takahiro Kondo
Organizer
Annual Meeting of the Japan Society of Vacuum and Surface Science 2023
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[Presentation] Boron monosulfides: a promising material used as the electrocatalyst for the oxygen evolution reaction2023
Author(s)
Linghui Li, Satoshi Hagiwara, Cheng Jiang, Haruki Kusaka, Norinobu Watanabe, Takeshi Fujita, Fumiaki Kuroda, Akiyasu Yamamoto, Masashi Miyakawa, Takashi Taniguchi, Hideo Hosono, Minoru Otani, Takahiro Kondo
Organizer
Annual Meeting of the Japan Society of Vacuum and Surface Science 2023
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[Presentation] 菱面体硫化ホウ素のキャリア特性解析2023
Author(s)
渡邉範陳, 宮﨑啓介, 豊田雅之, 武安光太郎, 辻井直人, 日下陽貴, 山本明保, 斎藤晋, 宮川仁, 谷口尚, 相澤俊, 森孝雄, 宮内雅浩, 近藤剛弘
Organizer
第84回応用物理学会秋季学術講演会
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