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若松 勝洋*; 関原 輝昇*; 山口 慶彦*; 松島 諒*; 松村 大樹; Kuila, T.*; 吉川 浩史*
Batteries & Supercaps (Internet), 6(1), p.e202200385_1 - e202200385_8, 2023/01
被引用回数：2 パーセンタイル：29.01(Electrochemistry)Nanohybrid materials comprising polyoxometalates (POMs) and nanocarbons have attracted considerable attention as electrode-active materials for rechargeable lithium-ion batteries (LIBs). These materials exhibit multi-electron redox reactions, resulting in an improved battery capacity. This study focuses on carbon nanohorns (CNHs) as a nanocarbon material and evaluates the battery performance using POM/CNH hybrids as cathode-active materials. X-ray absorption fine structural analysis was performed to investigate the reaction mechanism of these hybrids. POM/oxidized CNH (CNHox) hybrid materials maintain high capacities at high current densities as the high surface area availability of CNHox leads to high electrical double-layer capacitances. These findings show an improved performance of the as-developed material when compared with those reported in previous papers and can contribute toward an improved design of cathode-active materials for high-performance supercapacitors.
Lai, W.-H.*; Wang, H.*; Zheng, L.*; Jiang, Q.*; Yan, Z.-C.*; Wang, L.*; 吉川 浩史*; 松村 大樹; Sun, Q.*; Wang, Y.-X.*; et al.
Angewandte Chemie; International Edition, 59(49), p.22171 - 22178, 2020/12
被引用回数：77 パーセンタイル：95.81(Chemistry, Multidisciplinary)Herein, we report a comprehensive strategy to synthesize a full range of single-atom metals on carbon matrix, including V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ge, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, In, Sn, W, Ir, Pt, Pb, and Bi. The extensive applications of various single-atom catalysts (SACs) are manifested via their ability to electro-catalyze typical hydrogen evolution reactions (HER) and conversion reactions in novel room-temperature sodium sulfur batteries (RT-Na-S). The enhanced performances for these electrochemical reactions arisen from the ability of different single active atoms on local structures to tune their electronic configuration. Significantly, the electrocatalytic behaviors of diverse SACs, assisted by density functional theory calculations, are systematically revealed by in situ synchrotron X-ray diffraction and in situ transmission electronic microscopy, providing a strategic library for the general synthesis and extensive applications of SACs in energy conversion and storage.
清水 剛志*; Wang, H.*; 松村 大樹; 光原 圭*; 太田 俊明*; 吉川 浩史*
ChemSusChem, 13(9), p.2256 - 2263, 2020/05
被引用回数：24 パーセンタイル：77.17(Chemistry, Multidisciplinary)Three porous disulfide-ligand-containing metal-organic frameworks (DS-MOFs) and two nonporous coordination polymers with disulfide ligands (DS-CPs) with various structural dimensionalities were used as cathode active materials in lithium batteries. Charge/discharge performance examinations revealed that only porous DS-MOF-based batteries exhibited significant capacities close to the theoretical values, which was ascribed to the insertion of electrolyte ions into the DS-MOFs. Battery reactions were probed by instrumental analyses. The dual redox reactions of metal ions and disulfide ligands in the MOFs resulted in higher capacities, and the presence of reversible electrochemically dynamic S-S bonds stabilized the cycling performance. Thus, the strategy of S-S moiety trapping in MOFs and the obtained correlation between the structural features and battery performance could contribute to the design of high-performance MOF-based batteries and the practical realization of Li-S batteries.
Zhang, Z,*; Wang, H.*; 吉川 浩史*; 松村 大樹; 畑尾 秀哉*; 石川 理史*; 上田 渉*
ACS Applied Materials & Interfaces, 12(5), p.6056 - 6063, 2020/02
被引用回数：6 パーセンタイル：31.09(Nanoscience & Nanotechnology)Developing new cathode-active materials for rechargeable batteries is important to fulfill the growing demands of energy transformation, storage, and utilization. Zeolitic transition-metal oxides based on vanadomolybdate, constructed by pentagon metal-oxygen clusters as building blocks and metal ions as linkers in a trigonal symmetry, are good candidates for cathodes of Na rechargeable batteries. The material is activated via amorphization of the crystal structure in the ab plane during discharging process, keeping the molecular structure of the building blocks stable, which causes high specific capacity and good cycle performance.
Wang, H.*; 磯部 仁*; 松村 大樹; 吉川 浩史*
Journal of Solid State Electrochemistry, 22(7), p.2067 - 2071, 2018/07
被引用回数：15 パーセンタイル：40.22(Electrochemistry)Amorphous and crystalline MetfV10 electrodes for lithium ion batteries were prepared by mixing MetfV10 with different binders: polyvinylidenefluoride (PVDF) or polytetrafluoroethylene (PTFE). The reaction mechanism was studied using in situ X-ray absorption fine structure (XAFS) and impedance measurements. The X-ray absorption near-edge structure (XANES) results exhibited a 10-electron reduction per the formula of MetfV10 during discharge, resulting in a large capacity. Extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) analyses suggested a slight expansion in the molecular size of MetfV10. The impedance measurements reveal that an increase of discharge capacities for the amorphous cathode is due to lower resistance than in the crystalline cathode. This study presents a rational selection of amorphous or crystalline cathode materials for high power and high energy density lithium batteries.
清水 剛志*; Wang, H.*; 谷藤 尚貴*; 松村 大樹; 吉村 真史*; 中西 康次*; 太田 俊明*; 吉川 浩史*
Chemistry Letters, 47(5), p.678 - 681, 2018/05
被引用回数：9 パーセンタイル：33.87(Chemistry, Multidisciplinary)Disulfide, which is a sub-group of organosulfides, has been studied as a promising cathode active material. Herein, to improve battery performance, we inserted disulfide into Cu-based metal organic framework (MOF) as a ligand. As a result, the disulfide inserted MOF exhibited a high capacity based on dual redox reactions of Cu ions and disulfide ligands, and a stable cycle performance. The S 
-edge X-ray absorption fine structure analyses revealed a reversible cleavage and formation of S-S bond in the MOF during discharge and charge process.
-LiV
O
from polyoxovanadate cluster Li
[V
O
(CO
)] as a high-performance cathode material and its reaction mechanism revealed by 
XAFSWang, H.*; 磯部 仁*; 清水 剛志*; 松村 大樹; 伊奈 稔哲*; 吉川 浩史*
Journal of Power Sources, 360, p.150 - 156, 2017/08
被引用回数：13 パーセンタイル：41.36(Chemistry, Physical)-phase LiVO, which shows superior electrochemical performance as cathode material in Li-ion batteries, was prepared by annealing the polyoxovanadate cluster Li[VO(CO)]. The reaction mechanism was studied using X-ray absorption fine structure (XAFS), powder X-ray diffraction (PXRD), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses. The X-ray absorption near edge structure (XANES) and XPS results reveal that -LiVO undergoes two-electron redox reaction per VO pyramid unit, resulting in a large reversible capacity of 260 Ah/kg. The extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) and PXRD analyses also suggest that the V-V distance slightly increases, due to the reduction of V
to V
during Li ion intercalation as the material structure is maintained. As a result, -Li
VO shows highly reversible electrochemical reaction with x = 0.1-1.9.
箱田 照幸; 山本 春也; 有谷 博文*; 吉川 正人
JAEA-Review 2013-059, JAEA Takasaki Annual Report 2012, P. 127, 2014/03
放射線還元法は水中の貴金属イオンを還元析出させて微粒子を作製できる方法である。われわれは、これまでに試みられたことのなかった低エネルギー電子線を用いて、エタノールを含む水中の貴金属イオンの放射線還元を試行したところ、その水溶液表面に貴金属微粒子からなる薄膜が形成されることを初めて見いだした。本研究では、この薄膜の原子組成,生成量,化学組成をラザフォード後方散乱法で、その構造を電子顕微鏡により調べ、薄膜の形成条件、原子組成や構造の解明を目指した。1mmol/Lの塩化白金酸イオンとOHラジカル捕捉剤である0.5-20v%のエタノールを含む水溶液に、電子の水中飛程が20
mの低エネルギー電子線を2kGy照射して得た薄膜を調べた結果、薄膜形成には低濃度エタノールが不可欠であった。また、得られた薄膜が2-5nmの金属Pt粒子が互いに接合して連なった網目状構造物であることが初めてわかった。このことから、低エネルギー電子線による放射線還元法が、蒸着法でしか形成できなかった薄膜状貴金属の新規作製法となる可能性があることがわかった。
箱田 照幸; 五十嵐 英寿*; 五十住 幸大*; 山本 春也; 有谷 博文*; 吉川 正人
Journal of Physics and Chemistry of Solids, 74(2), p.200 - 204, 2013/02
被引用回数：3 パーセンタイル：16.73(Chemistry, Multidisciplinary)水素の輸送・貯蔵媒体として期待されているシクロヘキサン等の有機ハイドライドに接触すると着色する光学検知材料として、脱水素触媒を担持した三酸化タングステン(WO)粉体の開発を進めてきた。光学検知材料の着色性能を決定する脱水素触媒とその担持量を得るため、脱水素触媒として白金(Pt),パラジウム、及びロジウムを、WO粉体に重量比で0.1, 0.5, 1.0wt%担持させた試料を作製し、5v%のシクロヘキサンに対する脱水素反応生成物の量や着色開始温度を比較した。その結果、Ptを担持させたWO粉体が、最も低い温度で脱水素反応が起こり着色した。また0.5wt%のPt担持量のときに最大の着色変化率が得られたことから、0.5wt%のPt担持量が適切であることを見いだした。この紛体を130
Cに加熱すると、爆発限界値以下(1.3v%)のシクロヘキサンに対しても十分な着色変化を示すことから、光学検知材料として十分な性能を有することがわかった。
五十住 幸大; 箱田 照幸; 山本 春也; 有谷 博文*; 吉川 正人
Radioisotopes, 61(6), p.289 - 296, 2012/06
触媒能を有する貴金属ナノ粒子の作製方法として、貴金属イオン水溶液の表面に高密度電子層を誘発する低エネルギー電子線を用いた放射線還元法の有効性を調べた。高線量率照射が実現できる55keVの電子線を用いて、酸化種の補足剤であるエタノールを含む0.5mMの白金(Pt)イオン水溶液10mLを照射し、Ptイオンの還元、Pt粒子の生成、得られた粒子の触媒能を調べた。その結果、電子線照射により水溶液表層でしか還元反応が進行しないにもかかわらず、水溶液全体でPtイオンの還元反応が進行し、一次粒子として2から5nmの白金ナノ粒子が生成することがわかった。このPtナノ粒子を三酸化タングステン粉体に担持させて1%水素に接触させると、青く変色してガスクロミック性能を示した。このことから、得られたPtナノ粒子には、水素を解離する触媒能があることが確かめられ、低エネルギー電子線によりPtイオン水溶液の表層に形成された高密度電子層を利用した放射線還元法が、水素解離能を有する5nm未満の白金ナノ粒子を再現性よく作製する技術として有効であることがわかった。
studied by photoemission and soft X-ray absorption spectroscopies内海 有希*; 佐藤 仁*; 栗原 秀直*; 間曽 寛之*; 平岡 耕一*; 小島 健一*; 飛松 浩明*; 大河内 拓雄*; 藤森 伸一; 竹田 幸治; et al.
Physical Review B, 84(11), p.115143_1 - 115143_7, 2011/09
被引用回数：11 パーセンタイル：44.66(Materials Science, Multidisciplinary)典型的な価数揺動系であるYbInCuの価電子状態を、硬X線内殻光電子分光,軟X線吸収実験、及び軟X線光電子分光の温度依存性の実験から研究した。YbInCuの価数転移について、価電子帯からYb 4
状態への電荷移動で記述した。
五十住 幸大; 鈴木 竜太*; 箱田 照幸; 吉川 正人; 有谷 博文*
no journal, ,
有機ハイドライドは水素を安全に運搬・貯蔵する物質として着目されているが、可燃性を有することから漏えいした有機ハイドライドの発火防止のための光学式センサー開発が求められている。現在、ガスクロミック材料であるWO薄膜に脱水素金属触媒を分散・固定(担持)したセンサー材料が試作されているが、WO基材は水素を吸蔵するため脱水素金属触媒上の脱水素反応メカニズムが必ずしも明らかとなっていなかった。そこで本研究では、ガスクロミック作用を有しないアルミナ,シリカ等の基材とWO基材に数種の脱水素金属触媒を担持して試料を作製し、シクロヘキサンに対する脱水素能の比較から脱水素反応メカニズムを調べた。その結果、Pt微粒子が最も低温で脱水素反応を引き起こす触媒金属であり、この脱水素反応によりシクロヘキサンからベンゼンと水素だけが生成することを明らかにした。またWO基材上のPt微粒子は125C以上で熱凝集して表面積が減少し脱水素反応速度が減少することを見いだした。
五十住 幸大; 箱田 照幸; 山本 春也; 有谷 博文*; 吉川 正人
no journal, ,
触媒能を有する微細な貴金属粒子の作製方法の一つとしての低エネルギー電子線を用いる放射線還元法の有効性を求めるため、本研究では高線量率照射が実現できる低エネルギー電子線加速器を用いて、酸化種の補足剤であるエタノールを含む5mMの白金(Pt)イオン水溶液10mLを照射し、白金イオンの還元,粒子の生成,この粒子の触媒能について調べた。その結果、全線量でエタノール濃度が10vol%で白金微粒子の析出量が最も多くなった。それらの白金粒子は粒径サイズが2-5nmであり、一部は凝集して粗大化していることがわかった。この白金微粒子を三酸化タングステン(WO)粉体に担持させた試料に、1%水素を接触させると、青く変色してガスクロミック性能を示した。このことから、得られた白金微粒子には、水素解離能を有する触媒能があることが確かめられ、放射線還元法が触媒金属の微粒子形成技術として有効であることがわかった。
箱田 照幸; 五十住 幸大*; 山本 春也; 有谷 博文*; 吉川 正人
no journal, ,
触媒能を有する貴金属ナノ粒子の作製方法として、貴金属イオン水溶液の表面に高密度電子層を形成できる照射効果を持つ低エネルギー電子線を用いる放射線還元法の有効性を調べた。高線量率照射が実現できる数十keVの電子線を用いて、OHラジカルの捕捉剤であるエタノールを含む0.5mmol/Lの白金(Pt)イオン水溶液10mLを照射し、Ptイオンの還元、Pt粒子の生成を行うとともに、得られた粒子の触媒能を調べた。その結果、水溶液全体でPtイオンの還元反応が進行し、一次粒子として2から5nmの白金ナノ粒子が生成することがわかった。また、このPtナノ粒子には水素解離能及び酸素還元能があることを確認したことから、数十keVの電子線を用いた放射線還元法が、触媒作用を有する5nm未満の白金ナノ粒子を再現性よく作製する技術として有効であることがわかった。
箱田 照幸; 山本 春也; 下山 巖; 有谷 博文*; 吉川 正人
no journal, ,
放射線還元法は水中の貴金属イオンを還元析出させて微粒子を作製できる方法である。われわれは、これまでに試みられたことのなかった低エネルギー電子線を用いて、エタノールを含む水中の貴金属イオンの放射線還元を試行したところ、その水溶液表面に貴金属微粒子からなる薄膜が形成されることを初めて見いだした。本研究では、この薄膜の原子組成,生成量,化学組成をラザフォード後方散乱法やX線光電子分光法で、その構造を電子顕微鏡等により調べ、薄膜の形成条件、原子組成や構造の解明を目指した。1mmol/Lの塩化白金酸イオンとOHラジカル捕捉剤である0.5-20v%のエタノールを含む水溶液に、電子の水中飛程が10-20mの低エネルギー電子線を2kGy照射して得た薄膜を調べた結果、薄膜形成には低濃度エタノールが不可欠であった。また、得られた薄膜が2-5nmの金属Pt粒子が互いに接合して連なった網目状構造物であることが初めてわかった。このことから、低エネルギー電子線による放射線還元法が、蒸着法でしか形成できなかった薄膜状貴金属の新規作製法となる可能性があることがわかった。
箱田 照幸; 山本 春也; 吉川 正人; 五十住 幸大*; 有谷 博文*
no journal, ,
触媒能を有する貴金属ナノ粒子の作製方法として、貴金属イオン水溶液の表面に高密度電子層を形成できる照射効果を持つ低エネルギー電子線を用いる放射線還元法の有効性を調べた。高線量率照射が実現できる数十keVの電子線を用いて、OHラジカルの捕捉剤であるエタノールを含む0.5mmol/Lの白金(Pt)イオン水溶液10mLを照射し、Ptイオンの還元、Pt粒子の生成を行うとともに、得られた粒子の触媒能を調べた。その結果、水溶液全体でPtイオンの還元反応が進行し、一次粒子として2から5nmの白金ナノ粒子が生成することがわかった。また、このPtナノ粒子には水素解離能及び酸素還元能があることを確認したことから、数十keVの電子線を用いた放射線還元法が、触媒作用を有する5nm未満の白金ナノ粒子を再現性よく作製する技術として有効であることがわかった。
箱田 照幸; 山本 春也; 下山 巖; 有谷 博文*; 吉川 正人
no journal, ,
水中に溶存した白金(Pt)イオンに300keV以下の低エネルギー電子線を照射すると、多量の電子が存在する(放射線)還元雰囲気が水溶液表面にのみ形成され、そこにPtナノ粒子が薄膜状に析出する現象を、筆者らは初めて見いだした。この特徴を活かしたPtナノ粒子膜の生成に関する技術指針を得るため、これまでに塩化白金酸イオンとエタノールを含む水溶液に数十keVの低エネルギー電子線を照射した結果、水溶液表面に主成分がPtである浮遊物が再現性よく生成し、薄膜を形成することが分かった。その薄膜は、0.5-1v%のエタノール共存下で生成しやすく、その構造は2-5nmのPt由来粒子が互いに接合して連なった網目状の構造を有することを見いだした。さらに、このPtナノ粒子膜の化学結合状態をX線光電子分光法により調べその触媒性能を定量したところ、生成したPtナノ粒子膜の一部がわずかに酸化されてはいるものの、還元及び酸化触媒として作用することが確認された。これらのことから、数十keVの電子線による還元現象が、貴金属ナノ触媒粒子層の新たな作製技術として使用でき、例えば水素検知材料などの触媒層の新たな作製法として応用できる可能性が拓けた。
箱田 照幸; 山本 春也; 下山 巖; 吉川 正人; 有谷 博文*
no journal, ,
放射線還元法は水中の貴金属イオンを還元析出させて微粒子を作製できる方法である。我々は、これまでに試みられたことのなかった低エネルギー電子線を用いて、エタノールを含む水中の貴金属イオンの放射線還元を試行したところ、その水溶液表面に貴金属微粒子からなる薄膜が形成されることを初めて見いだした。本研究では、この薄膜の原子組成,生成量,化学組成をラザフォード後方散乱法で、その構造を電子顕微鏡により調べ、薄膜の形成条件,原子組成や構造の解明を目指した。1mmol/Lの塩化白金酸イオンとOHラジカル捕捉剤である0.5-20v%のエタノールを含む水溶液に、電子の水中飛程が20mの低エネルギー電子線を2kGy照射して得た薄膜を調べた結果、薄膜形成には低濃度エタノールが不可欠であった。また、得られた薄膜が2-5nmの金属Pt粒子が互いに接合して連なった網目状構造物であることが初めてわかった。このことから、低エネルギー電子線による放射線還元法が、蒸着法でしか形成できなかった薄膜状貴金属の新規作製法となる可能性があることがわかった。
箱田 照幸; 山本 春也; 有谷 博文*; 吉川 正人
no journal, ,
水溶液中で貴金属ナノ粒子を生成する方法である放射線還元法において、多孔質基板表面への適用技術の開発を目指し、数十keVの低エネルギー電子線を用いて多孔質基板の極表層への貴金族触媒粒子の生成・固定を試みた。その結果、塩化白金酸水溶液を含浸したアルミナ多孔質基板表面に数十keVの電子線を照射することにより、アルミナ基板の極表層に白金粒子を生成・固定できることを確認した。また、X線光電子分光分析結果からこの白金粒子の約70w%は金属状の白金成分であり、一酸化炭素を二酸化炭素に酸化できる触媒性能を有することが分かった。これらの結果から、低エネルギー電子線を用いた放射線還元法が新たな触媒作製技術になりうる可能性を示すことができた。
菅原 利史*; 有谷 博文*; 箱田 照幸; 吉川 正人
no journal, ,
300keV以下の低エネルギー電子線は水中での電子の飛程小さく、その領域内に高線量率でエネルギーを付与できる。この特徴を放射線還元法で活かすことにより水溶液表面に貴金属ナノ粒子膜を生成できる可能性がある。そこで、本研究では、塩化白金酸(IV)イオンと還元促進剤であるエタノールを含む水溶液に、加速エネルギーが数十keVの低エネルギー電子線を照射して、白金ナノ粒子膜の生成を試みるとともに、生成した膜の構造や化学組成や触媒性能の有無を調べた。その結果、エタノール濃度が0.5%程度の低い場合では、電子線照射により水容器表面に平均粒径が2-5nmの粒子が互いに接合した構造の膜が生成した。エタノール濃度の増加に伴い、白金粒子が凝集・粗大化すると同時に水溶液中に分散し、貴金属ナノ粒子膜の生成が抑制された。水溶液表面に生成した白金ナノ粒子膜の燃料電池触媒性能を調べた結果、酸素還元能を有していることを確認し、数十keVの電子線還元法を用いた触媒層の新たな作製法としての可能性を見出した。
