Perturbation of local electronic structure of B-C-N nanotubes by encapsulated molecules for long-life functional electrodes

用于长寿命功能电极的封装分子对 B-C-N 纳米管局部电子结构的扰动

• 批准号: 22H02180
• 负责人: 川崎 晋司
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Nagoya Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02180/
• 关键词: カーボンナノチューブ; 異種元素ドープ; 光触媒; 電気化学反応; 内包; ヘテロ原子; 電極特性; 酸素還元

YAGレーザーを組み込んだレーザー蒸発法により単層カーボンナノチューブの合成実験を実施した。キャリアガス流量、反応管温度、反応管直径などさまざまな合成条件を制御して単層カーボンナノチューブの生成量、純度などの比較を行った。また、単層カーボンナノチューブの金属・半導体分離を行った。いくつかの分離手法を試したがゲルクロマトグラフを利用した方法で比較的良い成果が得られた。分離した金属型ナノチューブに対して三フッ化マンガンを用いて行ったフッ素化処理では、カーボンナノチューブ表面にフッ素を導入できていること、ナノチューブの電子状態が変化していることを確認した。このフッ素化ナノチューブ以外に窒素ドープナノチューブなどさまざまな化学修飾ナノチューブを調整した。調整した化学修飾ナノチューブに金属酸化物、金属超微粒子、有機半導体などを複合化し、酸素還元電極、太陽光二酸化炭素還元光触媒などへの応用を行った。複合化試料はTEMやSEMなどの電子顕微鏡観察だけでなくXRD, XPS, XANES, Raman などの分光手法により詳細なキャラクタリゼーションを行った。水熱法を応用した手法で二酸化マンガンの薄層をナノチューブ表面上に析出させた試料は過電圧の小さな酸素還元電極として機能することがわかった。グラファイト様窒化炭素にナノカーボン、銅微粒子を複合化した試料は太陽光二酸化炭素還元性能を有し、二酸化炭素をメタンに効率よく変換することができることがわかった。ナノカーボン、銅微粒子の量を最適化することで二酸化炭素からメタンへの変換速度を約20倍向上できることが明らかになった。

YAG レ ー ザ ー を group み 込 ん だ レ ー ザ ー steamed 発 method に よ り 単 layer カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ の synthesis be 験 を be applied し た. キ ャ リ ア ガ ス flow, reverse 応 tube temperature and anti 応 tube diameter な ど さ ま ざ ま な synthesis condition を suppression し て 単 layer カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ の generation and purity な ど の is line を っ た. The また and 単 layers カ カ ボ <e:1> ナノチュ ブ ブ ブ ブ ブ ブ <s:1> metal-semiconductor separation を rows った. い く つ か の separation technique を try し た が ゲ ル ク ロ マ ト グ ラ フ を using し い で relative good results が た method ら れ た. Separation し た metal mold ナ ノ チ ュ ー ブ に し seaborne て three フ ッ change マ ン ガ ン を with い て line っ た フ ッ element change 処 Richard で は, カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ surface に フ ッ element を import で き て い る こ と, ナ ノ チ ュ ー ブ の electronic state が variations change し て い る こ と を confirm し た. こ の フ ッ element change ナ ノ チ ュ ー ブ outside に smothering element ド ー プ ナ ノ チ ュ ー ブ な ど さ ま ざ ま な chemically modified ナ ノ チ ュ ー ブ を adjustment し た. Adjust し た chemically modified ナ ノ チ ュ ー ブ に metal acidification, utrasmall particle, organic semiconductor な ど composite を し, acid also yuan electrode, sunlight acidification carbon 2 yuan photocatalytic な ど へ の 応 line with を っ た. Compound sample は TEM や SEM な ど の electronic 顕 micromirror 観 examine だ け で な く XRD, XPS, XANES, Raman な ど の spectroscopic technique に よ り detailed な キ ャ ラ ク タ リ ゼ ー シ ョ ン を line っ た. Hydrothermal method を 応 with し た gimmick で two acidification マ ン ガ ン の thin layer を ナ ノ チ ュ ー に ブ surface precipitation さ せ た sample は CLP 圧 の small さ な acid element also yuan electrode と し て function す る こ と が わ か っ た. グ ラ フ ァ イ ト others smothering the carbon に ナ ノ カ ー ボ ン, copper particles composite を し た sample は sunlight acidification carbon there yuan performance を し, two acidification carbon を メ タ ン に sharper rate よ く variations in す る こ と が で き る こ と が わ か っ た. ナ ノ カ ー ボ ン, copper particles を の quantity optimization す る こ と で two acidification carbon か ら メ タ ン へ の variations in speed を about 20 times upward で き る こ と が Ming ら か に な っ た.

项目成果

Carbon Nanotube Photo-devices for New Energy Society

新能源社会碳纳米管光电器件

• 发表时间: 2022
• 作者: 大西啓太;宮崎怜雄奈;日原岳彦;Shinji Kawasaki
• 通讯作者: Shinji Kawasaki

金属酸化物複合体-グラファイト状窒化炭素の光触媒特性

金属氧化物复合石墨氮化碳的光催化性能

• 发表时间: 2022
• 作者: 林 純平;アルズバイディ アヤル;佐藤 駿介;石井 陽祐;川崎 晋司
• 通讯作者: 川崎 晋司

Effect of pressure and temperature on the molecular structure of sulfur encapsulated in a single-walled carbon nanotube

压力和温度对单壁碳纳米管封装硫分子结构的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: T. Izumi;M. Ohshima;Y. Ishii;S. Kawasaki
• 通讯作者: S. Kawasaki

Oxygen reduction electrode properties of manganese oxide / single-walled carbon nanotube composites

氧化锰/单壁碳纳米管复合材料的氧还原电极性能

• 发表时间: 2023
• 作者: R. Sugimoto;M. Fuma;M. Yokozeki;Y. Ishii;S. Kawasaki
• 通讯作者: S. Kawasaki

含ハロゲン化物イオン電解質中における単層カーボンナノチューブ電極の電気化学的安定性

单壁碳纳米管电极在含卤化物离子电解质中的电化学稳定性

• 发表时间: 2022
• 作者: ウーガンバヤル ナムーン;兼松 芹菜;石井 陽祐;川崎 晋司
• 通讯作者: 川崎 晋司