解説：窒素ドープ3Dグラフェン  －触媒活性な局在電子と電荷輸送を担う金属チャネルの共存状態の発見

化学同人社が出版する化学の３月号から窒素ドープ3Dグラフェンの電気伝導物性に関する解説記事が出版されました。

"窒素ドープ3Dグラフェン  －触媒活性な局在電子と電荷輸送を担う
金属チャネルの共存状態の発見",
田邉洋一，伊藤良一，化学, 78(No.3), 40-44 (2023).

https://www.kagakudojin.co.jp/book/b622239.html

(表紙の写真は化学同人社の許可を得て掲載しています)

４年生の卒業研究発表会が開催されました。丸尾君、安木さんお疲れさまでした。

貴金属を使用しないグラフェンによる３次元曲面が示す優れた触媒能力の起源に関する論文が出版されました。

    炭素材料は化学反応を促進する金属触媒を担持させる素材として利用されていますが、それ自体に触媒作用を持たせることで高価な貴金属が不要になることから、これを目指した炭素触媒材料の研究が行われています。今回我々は、グラフェンと呼ばれる炭素原子1個の厚みを持つ２次元シートの一部を、窒素原子で置き換え、これを、曲面を用いて集積化した立体的なグラフェンがプラチナに匹敵する高い触媒性能を示すことに着目し、この電子状態を調べました。その結果、触媒反応に使用できる電子が閉じ込められた(局在)状態とこの領域に電子を効率良く輸送して化学反応を促進する金属的な状態が共存することを見出しました。本成果から、グラフェンを用いた実用的な大面積触媒の設計において、曲面への元素置換が、触媒活性な局在電子と高い電気伝導性という２つの相反する現象を同時に実現するための鍵であることが明らかになったことから、これを設計指針として、貴金属フリーでかつ大面積を有する実用的な炭素触媒材料の開発につながることが期待されます。

筑波大学、ジョンズ・ホプキンス大学、東北大学、大阪大学との共同研究です。共同研究者の皆様に感謝いたします。M1の川田直諒君が4年次の卒業研究を通してデータに貢献してくれました。

“Coexistence of Urbach-tail-like localized states and metallic conduction channels in nitrogen-doped 3D curved graphene”,
“Yoichi Tanabe*, Yoshikazu Ito*, Katsuaki Sugawara, Samuel Jeong, Tatsuhiko Ohto, Tomohiko Nishiuchi, Naoaki Kawada, Shojiro Kimura, Christopher Florencio Aleman, Takashi Takahashi, Motoko Kotani, Mingwei Chen*,
Advanced Materials, 2022 (in press). DOI: 10.1002/adma.202205986.

プレスリリース　https://www.ous.ac.jp/topics/?cat=3

新聞掲載

日刊工業新聞https://www.nikkan.co.jp/articles/view/00652460

日本経済新聞https://www.nikkei.com/article/DGXZRSP642685_U2A021C2000000/

9/20-23に東北大学で開催された応用物理学会で「窒素ドープ3Dグラフェンの電子状態と電気伝導特性」という題目で一般講演しました。

9/6-8に岡山キャンパスで日本物理学会(素核分野)が開催されました。暑い中手伝ってくれた4年生とM1の皆さんありがとうございました。

3Dグラフェンの電気伝導物性に関するテーマで科研費(基盤C, 代表：田邉)が採択されました。