アニオン置換型導電性酸化物ナノシートの開発と電気化学キャパシタへの応用

阴离子取代导电氧化物纳米片的研制及其在电化学电容器中的应用

基本信息

批准号：
21J00679
负责人：
村松佳祐
金额：
$ 3.08万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J00679/
关键词：
層状酸化物電気化学キャパシタナノシート

项目摘要

原子層厚みを有するシート状物質（＝ナノシート）は電気化学キャパシタの電極材料として理想的なナノ材料であるが、高い導電性を示しつつ化学的に安定な酸化物ナノシートはこれまで貴金属系酸化物に限定されており、資源量の観点からその利用範囲の拡大には限界があった。本研究課題では、非貴金属元素から構成される導電性酸化物ナノシートの作製に向け、「ナノシート中の骨格アニオンを別のアニオンで置換する組成制御技術の開発」による酸化物ナノシートの導電性向上を目指している。本年度は、アニオン交換反応に有用な手法を見出すことを目標に掲げた。概念実証に向けたターゲット物質として、オーミックな導電性を示す酸化モリブデンナノシート骨格中の酸素を硫黄で置換した酸硫化モリブデンナノシートの合成を検討した。積層したバルク固体では物質移動が障壁となり反応が進行しにくいと予想し、層状酸化モリブデンを予め剥離し、分散したナノシートに対して硫黄源を添加することでアニオン交換実験を試みた。非水溶媒系で反応を行うために、剥離後の酸化モリブデンナノシートの回収し有機溶媒へ再分散することで、ナノシートの有機分散液を作製した。硫黄源を添加し交換反応を試みたところ、ナノシート形態の保持と生成物中の硫黄の存在を確認した一方で、面内構造の変化は確認できなかった。生成物の詳細は解析中であるが、硫黄源の分解による硫黄単体の生成も確認されたため、硫黄源とナノシートの反応は進行していない可能性が高い。今後は反応雰囲気の見直しにより硫黄源の分解を抑制し、硫黄源とナノシート骨格間の反応を促進させる。以上より、本研究期間ではアニオン交換反応の実現に向けた重要な知見を多く蓄積することができた。

具有原子层厚度的片状材料（=纳米片）是作为电化学电容器电极材料的理想纳米材料，但从资源数量的角度来看，其用途的扩展受到限制。在这个研究项目中，我们的目标是通过“开发一种用其他阴离子取代纳米片中的骨架阴离子的成分控制技术”来提高氧化物纳米片的导电性，从而生产由非贵金属元素组成的导电氧化物纳米片我正在瞄准它。今年，我们的目标是找到一种适用于阴离子交换反应的方法。作为概念验证的目标材料，我们研究了硫氧化钼纳米片的合成，其中具有欧姆导电性的氧化钼纳米片骨架中的氧被硫取代。预计由于传质作为障碍，反应在堆积的块状固体中难以进行，我们尝试通过提前剥离层状氧化钼并向分散的纳米片中添加硫源来进行阴离子交换实验。为了在非水溶剂体系中进行反应，回收剥离的氧化钼纳米片并将其重新分散在有机溶剂中以制备纳米片的有机分散体。当通过添加硫源尝试进行交换反应时，证实纳米片形态得以保持并且产物中存在硫，但没有观察到面内结构的变化。虽然产物的细节仍在分析中，但硫源和纳米片之间的反应很可能没有进行，因为由于硫源的分解也证实了简单硫的产生。今后，我们将审查反应气氛以抑制硫源的分解并促进硫源与纳米片骨架之间的反应。如上所述，在本次研究期间，我们为阴离子交换反应的实现积累了很多重要的知识。

项目成果

期刊论文数量（14）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

酸化マンガンの電荷蓄積能の向上を目指した複合電極材料：酸化ルテニウムナノシートのアクティブバインダーとしての利用

旨在提高氧化锰电荷存储能力的复合电极材料：使用氧化钌纳米片作为活性粘合剂

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
竹村祐太; 齋藤亮太; アンガヘルマワン; 村松佳祐; 杉本渉
通讯作者：
杉本渉

Bottom-up preparation routes for metal hydroxide nanosheets through in situ surface modification with alkoxy groups

通过烷氧基原位表面修饰自下而上制备金属氢氧化物纳米片的路线

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Keisuke Muramatsu; Yuya Kamiusuki; Yoshiyuki Kuroda; Hiroaki Wada; Atsushi Shimojima; Kazuyuki Kuroda
通讯作者：
Kazuyuki Kuroda

ナノ構造を制御した酸化マンガンナノシート－酸化ルテニウムナノシートの電気化学特性

具有受控纳米结构的氧化锰纳米片 - 氧化钌纳米片的电化学性能