鉄酸化細菌が作るナノアモルファス酸化鉄の構造解析とリチウムイオン充放電特性

铁氧化细菌产生的纳米非晶氧化铁的结构分析及锂离子充放电特性

基本信息

批准号：
24760550
负责人：
橋本英樹
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012-04-01 至 2013-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-24760550/
关键词：
リチウムイオン電池正極負極鉄酸化細菌

项目摘要

申請者は鉄酸化細菌Gallionella ferrugineaが自然界で作るねじれ紐状酸化鉄を“G-バイオジナス酸化鉄（G-biogenous iron oxide: G-BIOX）”と命名し機能探索を行ったところ，リチウム（Li）イオン充放電特性を示すことを発見した．これまでの申請者の研究成果により，G-BIOXの組成・微細組織・結晶構造が明らかとなった．また，最近の予備研究によって，G-BIOXをLiイオン電池の正極材料として用いたところ，現行材料を遥かに凌駕する初期充放電容量が得られることを世界で初めて発見し，鉄酸化細菌由来酸化鉄の機能性材料への可能性を示した．本研究の目的は，予備研究結果を更に発展させて（1）G-BIOXの原子レベルでの構造を明らかにすると共に，（2）G-BIOXをLiイオン電池の電極材料（正極および負極）として応用することである．（1）G-BIOXの構造解析：申請者はG-BIOXと構造の良く似た酸化鉄（Leptothrix ochraceaが作ったBIOX，L-BIOX）の高エネルギーX線回折を行っている．本年度は，G-BIOXの構造を明らかにするための第一段階として，既に得られているL-BIOXのデータを元に逆モンテカルロ法を用いて原子配列を明らかにした．その結果，L-BIOXは酸化鉄のネットワーク中に酸化シリコンが孤立して存在する興味深い構造を有することを明らかとした．（2）G-BIOXをLiイオン電池の電極材料としての応用：平成24年度では正極としての特性を検討した．具体的にはG-BIOXを活物質として電極を作製し，Liを対極としたハーフセルで4.0–1.5 Vの電圧範囲で充放電特性を評価した．その結果，G-BIOX電極はこれまでに報告されている酸化鉄系材料よりも優れた特性（容量，サイクル特性，レート特性）を示すことを見出した．

申请人叙述了通过铁氧化细菌Gallionella ferruginea，“ G-Biogenos氧化铁（G-Biox）”，并进行了功能搜索，并发现它表现出锂（Li）离子电荷和放电性能。申请人先前研究的结果揭示了G-Biox的组成，精细结构和晶体结构。此外，最近的初步研究也是世界上首次发现的，当G-Biox用作锂离子电池的正电极材料时，它可以实现远大于当前材料的初始充电和放电能力，这表明从氧化铁氧化细菌作为功能材料中衍生出的氧化铁的可能性。这项研究的目的是进一步开发初步研究的结果，以阐明G-Biox的原子水平结构，（2）将G-Biox用作电池电池的电极材料（正和负电极）。（1）G-Biox的结构分析：申请人进行了与G-Biox相似的高能X射线衍射（由Leptothrix ochracea产生的氧化铁（Biox和L-Biox），其结构与G-Biox相似。今年，作为阐明G-Biox结构的第一步，我们使用了基于已经获得的L-Biox的数据来阐明原子布置。结果，据揭示了L-Biox具有有趣的结构，其中氧化硅网络中存在硅氧化物。（2）将G-Biox用作锂离子电池的电极材料：2012年，检查了正电极的性能。具体而言，用G-Biox作为活性材料制造电极，并在Half Li作为计数器电极的半单元中评估电荷/放电特性的4.0-1.5 V的电压范围。结果，我们发现G-Biox电极表现出比以前报道的氧化铁材料相比具有优越的特性（容量，周期特征，速率特征）。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Amorphous structure of iron oxide of bacterial origin

DOI：
10.1016/j.matchemphys.2012.10.002
发表时间：
2012-12-14
期刊：
MATERIALS CHEMISTRY AND PHYSICS
影响因子：
4.6
作者：
Hashimoto, Hideki;Fujii, Tatsuo;Takada, Jun
通讯作者：
Takada, Jun

Acidic Amorphous Silica Prepared from Iron Oxide of Bacterial Origin

由细菌来源的氧化铁制备的酸性无定形二氧化硅

DOI：
10.1021/am302837p
发表时间：
2013
期刊：
ACS Applied Materials & Interfaces
影响因子：
9.5
作者：
H. Hashimoto;A. Itadani;T. Kudoh;Y. Kuroda;M. Seno;Y. Kusano;Y. Ikeda;M. Nakanishi;T. Fujii;and J. Takada
通讯作者：
and J. Takada

Nano-icro-architectural composites with acid properties: Magnetic iron oxides/amorphous silicate prepared from iron oxide produced by iron-oxidizing bacterium, Leptothrix ochracea

具有酸性特性的纳米微建筑复合材料：由铁氧化细菌 Leptothrix ochracea 产生的氧化铁制备的磁性氧化铁/无定形硅酸盐

DOI：
10.1016/j.materresbull.2012.12.022
发表时间：
2013
期刊：
Materials Research Bulletin
影响因子：
5.4
作者：
S. W. Xu;K. Oh-ishi;H. Takahashi;T. Homma;S. Kamado;黒坂貴裕;渡邊真宏;渡邊真宏;渡邊真宏;森下エラ;渡邊真宏;H. Hashimoto
通讯作者：
H. Hashimoto

Synthesis and magnetic properties of magnetite-silicate nanocomposites derived from iron oxide of bacterial origin.

细菌来源的氧化铁衍生的磁铁矿-硅酸盐纳米复合材料的合成和磁性。

DOI：
10.1016/j.matchemphys.2012.08.070
发表时间：
2012
期刊：
Materials Chemistry and Physics
影响因子：
4.6
作者：
Hashimoto;H
通讯作者：
H

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通讯作者：
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東京大学東アジア藝文書院;田辺明生;中島隆博;武田将明;羽田正;四本裕子;張政遠;橋本英樹;伊達聖伸;石井剛;王欽;國分功一郎;熊谷晋一郎;Steven Clark and Yukari Yoshihara;長谷洋一;長谷洋一;八木君人;伊藤愉;M. Ito;伊藤愉
通讯作者：
伊藤愉