資源戦略学講座

Resources Strategies

環境複合材料創成科学分野 Nanocomposite Science and Interfacial Materials Design
先進社会環境学専攻

次世代型ライフスタイルの創成を担う
高機能複合材料の開発

准教授 佐藤 義倫

Development of High-Functional Composites for Constructing
a Future Foundation to Create a Next Generation Life Style

Associate Professor

Yoshinori Sato

However, it is hard to design and produce composites of which the properties of nanomaterials are reflected to those. Because eachnanomaterial in the composite assembles at random not to enhance the features of the nanomaterials. In this laboratory, the purpose ofresearches is to study and develop high-functional composites in an effort to expand the properties of nanomaterials to those of bulky

脱フッ素化処理を経由したホウ素ドープ単層カーボンナノチューブの合成に関する研究

composites.
燃料電池の酸素還元反応を促進する触媒として使用されている白金は希少金属であるため、白金代替触媒の研究が盛んに行われている。

研究概要

その 1 つに「ホウ素ドープ炭素材料」があり、グラフェン骨格の炭素原

シンポジウム運営
・平成 28 年度 カーボンバイオナノ、実行委員（佐藤 義倫 准教授）

受賞
・横山 幸司、“ 第 43 回炭素材料学会年会 ポスター賞 ”（受賞日 2016. 12. 8）

ナノチューブの生体材料に関する共同研究を行いました。また、カーボ子にホウ素原子が置換されると白金と同様な触媒効果が現れると言わ個々のナノ物質は小さいながらも、優れた特性を持っている。しかし、ンナノチューブのフッ素化に関しては、ステラケミファ株式会社と共同れている。しかし、グラフェン骨格にホウ素を骨格置換ドーピングできナノ物質の特性を生かした複合材料の設計・合成は、ランダムに配置研究を行いました。2016 年は学業・研究において幾つかの賞を受賞

・横山 幸司、“ 第 25 回日本 MRS 年次大会 奨励賞 ”（受賞日 2016. 1. 29）

る手法はイオン注入法に限られており、効率の良いホウ素ドーピング法・横山 幸司、“ 平成 28 年度 東北大学 大学院環境科学研究科 奨学賞 ”

された個々のナノ物質の特性が打ち消されるため、極めて難しくなる。

しました。田ノ岡くんが「平成 27 年度 東北大学 工学部長賞（Fig.2）」、はないため、ホウ素ドープ炭素材料の触媒効果は詳しく行われていな

そこで、ナノ物質の特性を最大限に活かしたナノ複合界面設計に基づ

尾本くんが「第 43 回炭素材料学会年会 ポスター賞（Fig.3）」、横山い。本研究では、ホウ酸が担持されたフッ素化 SWCNT をアルゴン雰いた高次機能性複合材料が必要である。本研究室では、材料科学分くんが「平成 28 年度 東北大学 大学院環境科学研究科 奨学賞」
「第囲気で高温処理することで、脱フッ素化を利用した骨格置換型ホウ素野における課題である「ナノ物質の特性をバルクまで引き伸ばすため25 回日本 MRS 年次大会 奨励賞（Fig.4）」、「第 43 回炭素材料学会SWCNT の合成を行い、その物性・電気化学特性について研究をしての複合材料設計と材料開発およびその複合界面に関する研究」を目指年会 ポスター賞」を受賞しました。

いる。

している。研究を遂行するにあたり、新素材である炭素ナノ材料・ナノ料の開発を行っている。

2016 年の研究室体制と活動（受賞日 2016. 10. 1）
・田ノ岡 大貴、“ 平成 27 年度 東北大学 工学部長賞 ”（受賞日 2016. 3. 25）

研究プロジェクト
・日本学術振興会科学研究費補助金・基盤研究（B） 平成 28 年度「脱フッ素による高結晶垂直配向カーボンナノチューブの表面制御改質とその電気化学特性」

粒子材料の単体特性や複合特性、あるいは自然の高次循環システムやメカニズムから学ぶ複合特性を利用し、「高機能性界面を持つ複合材・尾本 洋次、“ 第 43 回炭素材料学会年会 ポスター賞 ”（受賞日 2016. 12. 8）

Department of Environmental Studies for Advanced Society

In the past, many composites consisted of nanomaterials that possess excellent features in their own, have produced in basic researches.

脱フッ素化を経由した欠陥再配列による単層カーボンナノチューブの電気特性
単 層カーボンナノチューブ（single-walled carbon nanotube:SWCNT）は 1 次元物質に由来する特有な電子状態密度を持つ。ナノ2016 年 4 月に学部 3 年生の細見奨太くん、間宮一誠くんが新たにチューブの軸に対する 6 員環の配置（カイラリティー）によって、金属研究室配属され、学部 4 年生の香取優一くん、古賀一樹くん、修士 1性あるいは半導体性を示すが、すべてのカイラリティーのうちの 3 分年生の黒田彬央くん、田ノ岡大貴くん、修士 2 年生の尾本洋次くん、の 2 は半導体性を示す。本研究では、フッ素化 SWCNT を高真空下木村達人くん、野々村怜くん、博士 1 年生の横山幸司くんを含め、学で高温加熱し、炭素原子を伴った脱フッ素化によるナノチューブ骨格

生 10 名、教員 1 名の研究室体制となりました。2016 年も工明会運構造改質を行うことで、非 6 員環構造（5 員環や 7 員環）を導入し、動会、オープンキャンパス（Fig.1）、飲み会などのイベントに研究室全半導体性 SWCNT の電子状態を金属性 SWCNT の電子状態に変化さ体で積極的に参加しました。学業面では、ゼミ（週 1 回）、学会へのせる研究を行っている。

国際学会発表

（代表研究者：佐藤 義倫）

・日本学術振興会科学研究費補助金・基盤研究（S）平成 28 年度「低炭素社会をもたらす単層カーボンナノチューブを利用した平面発光デバイスの開発」

・MRS 2016 Fall Meeting & Exhibit（木村くん、横山くん、佐藤准教授が（分担研究者：佐藤 義倫）

ポスター発表）、Boston、USA、11/26 – 12/1（2016）

・日本学術振興会科学研究費補助金・基盤研究（B）平成 28 年度「スマートナノバ・AEM2016（佐藤准教授がポスター発表）、
Guildford、UK、
9/12 – 9/14（2016）
・MRS 2016 Spring Meeting & Exhibit（横山くん、佐藤准教授がポスター（分担研究者：佐藤 義倫）
イオマテリアルの開発と口腔領域における臨床応用への展開」

・物質・デバイス領域共同研究拠点 平成 28 年度 次世代若手共同研究発表）、Phoenix、USA、3/28 – 4/1（2016）（北海道大学 電子科学研究所 太田裕道 教授）（代表研究者：横山 幸司）

国内学会発表

（代表研究者：佐藤 義倫）

・信州大学 先鋭領域融合研究群 バイオメディカル研究所 共同研究
・平成 28 年度 ステラ ケミファ株式会社 共同研究（代表研究者：佐藤 義倫）

・第 26 回日本 MRS 年次 大会（横山くんが口頭 発 表）、横 浜市、神奈 川県、
2016. 12. 21
・第 43 回炭素材料学会年会（尾本くん、木村くん、横山くんがポスター発表）、千葉市、千葉県、2016. 12. 7参加を積極的に行いました。研究面では、信州大学 先鋭領域融合研

特筆すべき業績
・Koji Yokoyama, Shun Yokoyama, Yoshinori Sato, Kazutaka Hirano, Shinji
Hashiguchi, Kenichi Motomiya, Hiromichi Ohta, Hideyuki Takahashi, Kazuyuki

究群 バイオメディカル研究所の齋藤直人研究室と引き続き、カーボン

Tohji, Yoshinori Sato, “Efficiency and long-term durability of nitrogen-doped
single-walled carbon nanotube electrocatalyst synthesized by defluorination-assisted
nanotube-substitution for oxygen reduction reaction”, J. Mater. Chem. A 4, 9184–9195(2016).

・Shin-ichi Ogino, Takashi Itoh, Daiki Mabuchi, Koji Yokoyama, Kenichi Motomiya,Kazuyuki Tohji, Yoshinori Sato, “In Situ Electrochemical Raman Spectroscopy of
Air-Oxidized Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotube Bundles in Aqueous
Sulfuric Acid Solution”, J. Phys. Chem. C 120, 7133–7143 (2016).

・Koichiro Yamakawa, Yoshinori Sato, Katsuyuki Fukutani, “Asymmetric andsymmetric absorption peaks observed in infrared spectra of CO2 adsorbed on TiO2nanotubes”, J. Chem. Phys. 144, 154703 (2016).

Fig.1 Snapshot in front of our laboratory booth in theOpen Campus 2016.

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Coexistence Activity Report 2016

Fig.2 Deans’ award for academic achievement of theSchool of Engineering, Tohoku University.
(Taiki Tano-oka)

Fig.3 Poster presentation at the “The 43th Carbon
Society of Japan”. (Yoji Omoto)Fig.4 Award on the “The 25th Annual Meeting ofMRS-J”. (Koji Yokoyama)

Coexistence Activity Report 20167