超格子原子層材料の展開 2014.8.7 東北大WPI 藤田 武志 Tokyo Univ.
自己紹介 電子顕微鏡を活用した構造・機能性物質の研究（金属組織学が起源） 元素戦略(JST) 相界面科学(JST) ・新物質の創出 ・新しい材料科学の確立 ・希少金属の代替 ・革新的蓄電池の開発 ・相界面現象の基礎学理 ・エネルギー利用の飛躍的な高効率化 貴金属フリー 排気ガス触媒 革新的電池電極 Li-O2電池の創出 スーパーキャパシタ リチウム２次電池 ナノポーラス金属 セラミックス(B4C) 鉄系超伝導体 ナノシート TiAl合金 STO FeTe FeSe
Beyond Graphene：２次元半導体(MoS2など） 間接遷移型 ↓ 直接遷移半導体 （グラフェンにはない特性） 新規物性の発現 新規物性の制御 単層化 （スコッチテープ） 潤滑剤
２次元半導体(MoS2など）の動向 Where We are? Grapheneは2013年で1万越え Graphene Dichalcogenide Silicene 関連論文数 Topic=Graphene, Dichalcogenide, Siliceneで検索 年代 Dichalcogenideの研究は火が付いた（Graphene比2005年に相当）
Next Grapheneの競争 ■現在、「ネクスト･グラフェン」へ覇権争いの渦中。 ■でも準備は数年前から。 引用237回 Nano Lett., 11, 5111(2011) 2011年10月 発表 引用237回 2011/12/5-2011/12/9 Rutgers大学 M. Chhowalla Graphene Oxideで有名 山口久登 （現：ロスアラモス研究所） 江田 剛輝 （現：ＮＵＳ） Dichalcogenideの研究スピードも予想以上に速い！！グラフェンのようになる。（思惑通り）
1T STEMによる構造評価 1T/2H構造 2H 半導体相（バンドギャップあり） 金属相（バンドギャップなし） 江田氏との共著 ACS Nano, 6 (2012) 7311-7317.
STEMによる構造評価 1T/2H構造 2H 1T S Mo
MoS2触媒の構造起源 Science 317, 100102 (2007). エッジが活性点（これまで）→面内でも活性点を作れる（今回）
WS2ナノシートの作製 WS2+Li → LixWS2(2H->1T) LixWS2 + H2O → LiOH + WS2 ２．電子顕微鏡による構造評価 ３．水素発生反応(HER)触媒評価 500nm WS2+Li → LixWS2(2H->1T) 単層まで剥離できる LixWS2 + H2O → LiOH + WS2
WS2単層中の迷路状超格子構造(1T’)
水素発生反応(HER)触媒特性 Overpotential: 80-100mV Tafelプロットの傾きもPtと同程度 長時間使用の耐久性あり Nature Materials 12 (2013) 850
自由エネルギーダイアグラム：歪みの影響 超格子に起因した面内の歪みで活性になる。 Nature Materials 12 (2013) 850
Authorityは気にしません。自由使用。 まとめ 超格子構造に起因した局所ひずみにより面内に活性点が現れる。 Pt代替の触媒などへ展開できる 本領域でやりたいこと 〇グラフェンと複合化させることで高性能な電極 Roll-to-Rollの作製法と組み合わせたい 〇グラフェン用の低加速電子顕微鏡を使用したい 自前のは最低で120kV 貢献できること 〇MoS2, WS2ナノシートなど配布 Authorityは気にしません。自由使用。
新しい原子層材料の作製 : ReS2, Mo0.5W0.5S2 Mo0.5W0.5S2 “Ink” STEM image TEM image “Ink” Mo0.5W0.5S2 Fine superlattice pattern Fujita et al. unpublished