2014 Fiscal Year Annual Research Report
高機能性ポーラス炭素の創成とエネルギー貯蔵への応用に関する研究
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26289379
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
徐 強 独立行政法人産業技術総合研究所, ユビキタスエネルギー研究部門, 上級主任研究員 (50357232)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 多孔質材料 / 炭素 / エネルギー貯蔵 / エネルギー変換 / 配位高分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エネルギー貯蔵・変換過程においては、イオン等の物質の貯蔵と輸送（移動）にはそれぞれ最適な空間（サイズ、構造、機能）を必要とするが、それぞれに適した空間を兼ね備えた材料の合成は困難であった。本研究では、この問題を解決するため、ミクロ孔とメソ孔を併せ持つ機能空間を有するポーラス炭素材料の創出と高効率エネルギー貯蔵への応用を目的とする。本研究では、ミクロ孔とメソ孔を併せ持つポーラス配位高分子(MOF)に、当グループで開発した「配位高分子からポーラス炭素への空間転写技術」を応用することにより、ミクロ・メソポーラス炭素材料を合成した。ミクロ孔を有する配位高分子ZIF-8のナノ粒子の集合体は、配位高分子の固有のミクロ孔に加え、ナノ粒子間の空隙によって、メソ孔を形成し、ミクロ孔とメソ孔の両方をもつ階層的空間を形成する。アルゴン雰囲気下で炭化処理を行うことにより、貯蔵に適したミクロ孔と輸送に適したメソ孔を合わせ持ち、構造と機能が精密に制御された階層型ミクロ・メソポーラス炭素材料を合成した。このミクロ・メソポーラス炭素材料を電極材料として用いるスーパーキャパシターは、高い電流密度においてきわめて高い容量を示す。また、このミクロ・メソポーラス炭素材料を担体として用いて、パラジウムナノ粒子触媒を合成し、メタノール燃料電池の電極触媒として用いることにより、高い触媒活性と電気化学安定性を実現した。1000 °Cにおける炭化で得られたポーラス炭素材料は高い比表面積(1105 m2 g-1)と細孔容積（0.95 cm3 g-1）を持つ。この炭素材料を担体としてもつパラジウムナノ粒子触媒は、一般的に用いられている市販の炭素材料XC-72Rを担体としてもつパラジウムナノ粒子触媒と比べ、メタノール電気酸化反応において5倍も高い触媒活性を示すことを明らかにした。
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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
本年度は、研究計画に沿って実験・研究を行った結果、ミクロ孔を有する配位高分子ZIF-8のナノ粒子の集合体を前駆体として用いて炭化処理を行うことにより、ミクロ孔とメソ孔をもつポーラス炭素材料を合成し、キャパシターの電極材料やメタノール燃料電池の電極触媒の担体として高い性能を有することを明らかにした。研究計画通り順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度も、研究計画に沿って実験・研究を行い、ミクロ・メソポーラス配位高分子(MOF)に「配位高分子からポーラス炭素への空間転写技術」を応用することにより、ミクロ・メソポーラス炭素材料を合成し、高効率エネルギー貯蔵・変換材料開発を行う予定である。研究計画を変更することなく、当初計画に沿った実験・研究を実施する予定である。
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| Causes of Carryover |
所属機関の運営交付金を用いて、本研究の必要経費の一部をカバーしたため、学術研究助成基金助成金が次年度に繰り越すことができた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
次年度に繰り越した学術研究助成基金助成金を翌年度分として請求した研究費と合わせて、本研究をより一層推進する予定である。翌年度分として請求した研究費だけでは博士研究員の雇用が困難であったが、繰り越した学術研究助成基金助成金を翌年度分として請求した研究費と合わせることにより、博士研究員を雇用し、本研究を加速させる予定である。
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Research Products
(1 results)
