Synthesis of transition metal-based nanostructures with unsaturated coordination sites and exploration of catalytic functions

鉄系層状複水酸化物（LDH）、すなわちGreen Rustのトポケミカル合成を行った。まず、雰囲気保護下で均一沈澱法により高結晶性ブルーサイト型Fe(OH)2を得た。ヨウ素を酸化剤としてFe(OH)2中の一部のFe2+を酸化させることによって、ヨウ素イオンがインターカレートするFe2+－Fe3+ LDHを変換させることに成功した。層間のヨウ素イオンをドデシル硫酸イオンに交換した後、ホルムアミドの中で剥離することで厚さ約0.8 nmの単層Fe2+-Fe3+ LDHナノシートを創製した。同じ均一沈澱プロセスの中で、Fe(OH)2にNiのドーピングを試み、Feに対してNiの含有量は最大25%までブルーサイト構造が保持されることが分かった。トポケミカル変換によりNi含有Fe系（Fe2+-(Ni2+)-Fe3+）LDHナノシートを調製した。得られた一連のNi含有Fe系LDHナノシートの酸素発生反応（OER）触媒性能を評価したところ、Ni含有量は約15%の時、1M KOH水溶液の中で290 mV@10mA cm-2という小さな過電圧を達成した。これは、報告された最も触媒活性高いNi2+-Fe3+ LDH触媒と同等な高性能である。また、6配位（Oh）と4配位（Td）共存するCo2+-Ni2+-Fe2+水酸化物ナノコーンの合成に試みた。ヨウ素酸化により原子価2価と3価が混在するCo2+-Ni2+-Fe3+ LDHナノコーンに変換させることにより、OER触媒性能が大幅に増強されることが分かった。中心金属イオンの酸化状態と配位環境の高度制御は高性能ナノ触媒の開発にとって重要な戦略の一つとして確立されつつある。

鉄系層状複水酸化物（LDH）、すなわちGreen Rustのトポケミカル合成を行った。まず、雰囲気保護下で均一沈澱法により高結晶性ブルーサイト型Fe(OH)2を得た。ヨウ素を酸化剤としてFe(OH)2中の一部のFe2+を酸化させることによって、ヨウ素イオンがインターカレートするFe2+－Fe3+ LDHを変換させることに成功した。層間のヨウ素イオンをドデシル硫酸イオンに交換した後、ホルムアミドの中で剥離することで厚さ約0.8 nmの単層Fe2+-Fe3+ LDHナノシートを創製した。同じ均一沈澱プロセスの中で、Fe(OH)2にNiのドーピングを試み、Feに対してNiの含有量は最大25%までブルーサイト構造が保持されることが分かった。トポケミカル変換によりNi含有Fe系（Fe2+-(Ni2+)-Fe3+）LDHナノシートを調製した。得られた一連のNi含有Fe系LDHナノシートの酸素発生反応（OER）触媒性能を評価したところ、Ni含有量は約15%の時、1M KOH水溶液の中で290 mV@10mA cm-2という小さな過電圧を達成した。これは、報告された最も触媒活性高いNi2+-Fe3+ LDH触媒と同等な高性能である。また、6配位（Oh）と4配位（Td）共存するCo2+-Ni2+-Fe2+水酸化物ナノコーンの合成に試みた。ヨウ素酸化により原子価2価と3価が混在するCo2+-Ni2+-Fe3+ LDHナノコーンに変換させることにより、OER触媒性能が大幅に増強されることが分かった。中心金属イオンの酸化状態と配位環境の高度制御は高性能ナノ触媒の開発にとって重要な戦略の一つとして確立されつつある。