研究成果
平成31年度成果
放射光を用いた単層カーボンナノチューブ（SWCNT）生成の触媒反応機構の解明
あいちシンクロトロン光センター（瀬戸市）
SWCNT生成過程のその場XAFS測定法の開発
- その場X線吸収微細構造（XAFS）測定によるカーボンナノチューブの生成メカニズムの解明を行った
- エレクトロニクス応用可能なカーボンナノチューブ作製技術のための生成メカニズムの理解を目指した
- 昨年度から装置改良を進め，測定の高速化を進めた
１スペクトル 10 分 → １分以内
細径の単層カーボンナノチューブ（SWCNT）の高密度成長
Ir（イリジウム）触媒から成長した細径SWCNTのSEM像とTEM像
- 直径1 nm以下のカーボンナノチューブが高密度配列
- エレクトロニクス材料や水中の不純物除去用濾過膜への応用
Jpn. J. Appl. Phys.に掲載
カーボンナノチューブ内空間を利用した低次元材料の作製
カーボンナノチューブ内に成長したテルルナノワイヤーと遷移金属カルコゲナイドナノワイヤーの横断面TEM像（左）と縦断面TEM像（右）（左の束：空のナノチューブ断面，右の束：ナノワイヤー内包断面）
ナノチューブ内ナノワイヤ―の高分解能TEM像
- 新規物性発現を目指した一次元金属ナノワイヤーの創生
- カーボンナノチューブのエネルギーギャップ変調
希少金属利用削減を目指したナトリウムイオン電池電極材料開発
リチウム（地殻内存在量 20 ppm）
活物質（イオン放出・貯蔵材料）
酸化物ナノチューブ構造体を用いるときの利点
- 層状構造を有するため層間へのイオン挿入が可能
- ナノチューブ化によるイオン挿入・脱離特性の向上
-
正極材料 ：
酸化鉄，酸化バナジウム など
酸化還元電位：高い -
負極材料 ：
酸化チタン など
酸化還元電位：低い
リチウムイオン電池の構造
酸化鉄ナノチューブのTEM像
Na含有酸化バナジウムのTEM像
ナノチューブナノロッドのTEM像
Na含有酸化チタンナノチューブのTEM像
- 酸化物ナノチューブの合成とNaのドーピングに成功
- 導電助剤としての可能性
（二次電池電極へのカーボンナノチューブ添加，活物質への電子移動パスを確保）
固体高分子形燃料電池（PEFC）
- 水素と酸素の化学反応からエネルギーを取り出す
反応を促進する電極触媒が性能の鍵 - カソード電極触媒大量に使用されている
燃料電池の構造
カソード電極触媒
- カソード電極では、白金系（PtCo/C）触媒が主流
- 将来的に脱白金化を目指す
地殻中の元素の相対的な存在量
- コストが安く，比表面積の大きな酸化チタンナノシート・ナノワイヤーの電極触媒への応用の検討
- ドーピングによる触媒活性向上とそのメカニズムの解明
Gordon B. et. al., USGS, Relative abundance of elements in the Earth's upper crust., http://pubs.usgs.gov/fs/2002/fs087-02/ (2003)
Nbドープ酸化チタンナノワイヤーの合成
Nbをドープした酸化チタンナノワイヤーの合成に成功した
酸化物ナノシートをモデル材料とした反応解析
AFM像
結晶構造
XAFS解析
酸素還元活性
結合間距離
- 結晶構造の歪みが触媒活性に影響を与えることを見出した