超格子原子層材料の展開 2014.8.7 東北大WPI 藤田　武志 Tokyo Univ..

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1 超格子原子層材料の展開 東北大WPI 藤田　武志 Tokyo Univ.

2 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

3 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

4 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）

5 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）

6 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)

7 STEMによる構造評価　1T/2H構造 2H 1T S Mo

8 MoS2触媒の構造起源 Science 317, (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）

9 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

10 WS2単層中の迷路状超格子構造(1T’)

11 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

12 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

13 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。

14 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 unpublished