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研究分野 【 表示 ／ 非表示 】
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ナノテク・材料 / 機能物性化学
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ナノテク・材料 / 無機物質、無機材料化学
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ものづくり技術（機械・電気電子・化学工学） / 電子デバイス、電子機器
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ナノテク・材料 / 無機・錯体化学
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ナノテク・材料 / ナノ材料科学
論文 【 表示 ／ 非表示 】
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Matsunaga N., Kikuchi K., Tokunaga K., Kohno D., Sakai G.
Bulletin of Materials Science 46 ( 3 ) 2023年9月
担当区分：最終著者 記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Bulletin of Materials Science
The present study was conducted to prepare precursors by rapid hydrolysis method for realizing lower temperature formation of NiFe2O4 under hydrothermal conditions. The precursor, obtained from a lower concentration of NiCl2–FeCl2 mixed solution, was almost amorphous and could be easily converted to NiFe2O4 crystal phase at around 130°C by hydrothermal treatment. On the other hand, when a higher concentration of NiCl2–FeCl2 solution or trivalent iron salt (FeCl3) was used as starting reagents, individual crystal phases such as α-Ni(OH)2, γ-Fe2O3 and α-FeOOH were recognized in precursors owing to the difference in hydrolysis rates between Ni2+ and Fe2+ (or Fe3+). These individual crystal phases involved precursors that could not be converted easily to NiFe2O4 crystal phase, but needed to treat at higher temperatures for forming NiFe2O4 at least 200°C. Thus, the co-existence of individual crystal phases in precursors might prevent the amorphous precursor from forming NiFe2O4 crystal phase. The formation of NiFe2O4 at lower temperatures is considered to be taken place preferentially from amorphous precursors than individual certain crystal phases.
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Optimum dopant of barium zirconate electrolyte for manufacturing of protonic ceramic fuel cells 査読あり
Kuroha T., Niina Y., Shudo M., Sakai G., Matsunaga N., Goto T., Yamauchi K., Mikami Y., Okuyama Y.
Journal of Power Sources 506 2021年9月
記述言語：日本語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：Journal of Power Sources
We examine ceramic tape-casting and anode electrolyte co-firing for large-scale manufacturing of protonic ceramic fuel cells. We confirm the reactivity of Ni, a commonly used anode, with BaZr0.8M0.2O3−δ (BZM20: M = Sc, In, Lu, Yb, Y or Gd). Addition of 0.4 mol% NiO to BZM20 and co-firing at 1778 K, produces BaM2NiO5 for M = Y and Gd. No reaction occurs for M = Sc, In, Lu and Yb. The proton conductivity of all BZM20s decreases by approximately 30% because of NiO doping and dehydration on dissolution NiO. Energy efficiency and power density calculations of the fuel cells based on measured proton and hole conductivities indicate respective decreases of approximately 10% and 75% ecause of the formation of a solid solution of NiO. We fabricate fuel cells by the tape-casting and anode electrolyte co-firing with BZM20 (M = Yb or Y). For M = Y, the cell cannot be fabricated because formation of BaY2NiO5 causes cell cracking. Conversely, when M = Yb, a cell with a maximum output of 0.5 Wcm−2 at 873 K is fabricated. Hence, BZYb20 is a suitable material for tape-casting and anode electrolyte co-firing.
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Kuroha T., Yamauchi K., Mikami Y., Tsuji Y., Niina Y., Shudo M., Sakai G., Matsunaga N., Okuyama Y.
International Journal of Hydrogen Energy 45 ( 4 ) 3123 - 3131 2020年1月
記述言語：日本語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：International Journal of Hydrogen Energy
We investigated the influence of Ni on protonic ceramic fuel cells based on indium-doped barium zirconate. A tubular fuel cell was fabricated and evaluated with BaZr0.8In0.2O3−δ as an electrolyte. The maximum power density was 0.143 W cm−2 and the ohmic resistance of the electrolyte was 0.91 Ω cm2 at 873 K. We used secondary ion mass spectrometry to measure the dissolution of Ni in the electrolyte N to be 0.015. To clarify the effect of Ni on proton transport properties of BaZr0.8In0.2O3−δ, electrical conductivity and proton concentration were measured by AC impedance analysis and thermogravimetric analysis. Electrical conductivity decreased as the NiO content increased. Conversely, proton concentration was independent of the NiO content and proton diffusivity decreased. The sample density also depended on the NiO content. The density decreased as NiO content increased. These results were consistent with the density calculated based on a model describing formation of oxygen vacancies.
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Experimental and theoretical approaches for the investigation of proton conductive characteristics of La1-xBaxYbO3-d 査読あり
Yuki Obukuro, Yuji Okuyama, Go Sakai, Shigenori Matsushima
Journal of Alloys and Compounds 770 294 - 300 2019年
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌）
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Okuyama Yuji, Ymaguchi Takuya, Matsunaga Naoki, Sakai Go
MATERIALS TRANSACTIONS 59 ( 1 ) 14 - 18 2018年
記述言語：英語 掲載種別：研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元：公益社団法人 日本金属学会
In order to clarify the effect of the dopant concentration and phase transition on the proton conduction and proton concentration, the electrical conductivity and proton concentration were determined for La<sub>1−</sub><i><sub>x</sub></i>Ba<i><sub>x</sub></i>Yb<sub>0.5</sub>In<sub>0.5</sub>O<sub>3−δ</sub> (x = 0.1. 0.3. 0.5, 0.7). The phase transition from the orthorhombic system to the cubic system was over <i>x</i> = 0.3. The proton/deuteron isotope effect on the conductivity was observed for all samples at 673 K. The proton concentration was independent of the barium content above 673 K. The proton concentration increased with the barium content below 673 K, but the concentration ratio of the proton to dopant decreased following an increase in the barium concentration. It was determined that the dopant concentration and phase transition do not have an influence on the conduction and incorporation of protons into the La<sub>1−</sub><i><sub>x</sub></i>Ba<i><sub>x</sub></i>Yb<sub>0.5</sub>In<sub>0.5</sub>O<sub>3−δ</sub>.
書籍等出版物 【 表示 ／ 非表示 】
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「金属ナノ・マイクロ粒子の形状・構造制御技術」 液晶鋳型法による白金ナノチューブ・ナノグルーブ・ナノホールの合成と特性
木島 剛、酒井 剛（ 担当： 共著 , 範囲: 研究分担者）
米沢徹監修、（株）シーエムシー出版、全250頁、（分担）113-126頁(2009) 2009年4月
記述言語：日本語 著書種別：学術書
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21世紀版 薄膜作製応用ハンドブック、第4編、第1節ガスセンサ「ガスセンサ」
監修者：權田 俊一（ 担当： 単著）
株式会社エヌティーエス全1448頁（分担）1038-1050頁 2003年4月
記述言語：日本語 著書種別：学術書
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ナノマテリアルの最新技術、第1編ナノ粒子編、第2節ナノ粒子の応用展開「ガスセンサ」
編集者：小泉光恵、目 義雄、中條 澄、新原皓一（ 担当： 共著）
シーエムシー出版全331頁（分担）87-90頁 2001年4月
記述言語：日本語 著書種別：学術書
MISC 【 表示 ／ 非表示 】
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酸化物半導体ガスセンサの高次構造制御
共著者：島ノ江憲剛、酒井 剛、山添 昇
Chemical Sensors, Vol. 21, No. 3 (2005) p.99-105. 21 ( 3 ) 99 - 105 2005年9月
記述言語：日本語 掲載種別：記事・総説・解説・論説等（大学・研究所紀要） 出版者・発行元：電気化学会 化学センサ研究会
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Improvement of warming-up characteristics of potentiometric CO2 sensor by using solid reference counter electrode
共著者：Y. Miyachi, G. Sakai, K. Shimanoe, N. Yamazoe
Technical Digest of the 10th International Meeting on Chemical Sensors, Chemical Sensors, Vol. 20, Supplement B, pp. 412-413 2004年7月
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Gas sensing properties of thin films derived from sols of SnO2 different in grain size
共著者：D. D. Vuong, G. Sakai, K. Shimanoe, N. Yamazoe
Technical Digest of the 10th International Meeting on Chemical Sensors, Chemical Sensors, Vol. 20, Supplement B, pp. 22-23 2004年7月
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Co3O4-modified SnO2 prepared by ball-milling method for high sensitivity CO sensor
共著者：K. Shimanoe, S. Abe, G. Sakai, U-S. Choi, N. Yamazoe
Technical Digest of the 10th International Meeting on Chemical Sensors, Chemical Sensors, Vol. 20, Supplement B, pp. 26-27 2004年7月
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Simultaneous work function change and conductance measurements on SnO2 prepared from hydrothermally treated sols
共著者：T. Sahm, A. Gurlo, N. Barsan, A. Oprea, U. Weimar, N. Yamazoe, G. Sakai, K. Shimanoe
Technical Digest of the 10th International Meeting on Chemical Sensors, Chemical Sensors, Vol. 20, Supplement B, pp. 160-161 2004年7月
講演・口頭発表等 【 表示 ／ 非表示 】
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ニッケルフェライトの水熱合成と液相還元による銀触媒担持
松永直樹、石田 武、中本偉行、酒井 剛
電気化学会第92回大会 2025年3月18日
開催年月日： 2025年3月18日 - 2025年3月20日
記述言語：日本語 会議種別：口頭発表（一般）
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Cu置換水酸化ニッケルの熱処理による構造変化
五十嵐廉、松永直樹、酒井 剛
日本化学会九州支部フォーラム2024 2024年12月21日
開催年月日： 2024年12月21日
会議種別：ポスター発表
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高比表面積Ti-Sn複合酸化物の調製と溶媒熱処理によるアモルファス除去
永樂惠裕、松永直樹、酒井 剛
日本化学会九州支部フォーラム2024 2024年12月21日
開催年月日： 2024年12月21日
会議種別：ポスター発表
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塩基性条件下でのNi, Cu, Zn, Agの電気化学特性および湿式法によるAg-Ni複合化の検討
黒木雅人、酒井 剛、松永直樹
第61回化学関連支部合同九州大会 2024年6月29日
開催年月日： 2024年6月29日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
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Ti3+置換β型水酸化ニッケルの構造解析と熱処理による構造変化
恒成尚俊、松永直樹、酒井 剛
第61回化学関連支部合同九州大会 2024年6月29日
開催年月日： 2024年6月29日
記述言語：日本語 会議種別：ポスター発表
科研費（文科省・学振・厚労省）獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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ニッケル系層状水酸化物の層構造制御とナノ構造化による電気化学活性ナノ界面の創製
研究課題/領域番号：24K08581 2024年04月 - 2027年03月
日本学術振興会 科学研究費基金 基盤研究(C)
酒井 剛
担当区分：研究代表者
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部分還元酸化物に担持した白金の高酸素還元活性発現メカニズムの解明
研究課題/領域番号：15K13765 2015年04月 - 2018年03月
科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究
担当区分：研究代表者
TiO2やSnO2などの強酸性・酸化雰囲気でも安定な酸化物をPt 担持用の担体として用い、酸化物に酸素欠陥を導入して低原子価状態の金属イオンを生成させ、そこにPtを隣接させれば、非常に高いカソード特性、すなわち高酸素還元活性を示すPt粒子が得られることを見出し、カソード極の白金(Pt)量を大幅に低減できることを示した。このPt粒子の特異的な高酸素還元活性は、低原子価状態の金属イオンからPtへの電子移動に起因すると考えられるが、そのメカニズムはまだ明らかになっていない。本研究では、部分還元酸化物に担持した白金の高酸素還元活性向上のメカニズムを解明する。
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ポリ酸共存下でのマイクロ波照射によるセルロース性資源の物質変換とその応用
研究課題/領域番号：23655131 2011年05月 - 2014年03月
科学研究費補助金 挑戦的萌芽研究
担当区分：研究代表者
申請者は、最近、セルロースを水に分散させ、ポリ酸の一種であるケイ酸タングステンを共存させた状態でマイクロ波を照射すれば、わずか数分という短時間でセルロースの結晶性が低下するとともに選択的にグルコースが生成すること、および、条件を変化させればフルフラールやレボグルコサンといった燃料あるいは有価物が得られることを見出した。この反応系は、ポリ酸という機能触媒による効果が大きいと考えられる。本研究では、上記反応系におけるケイ酸タングステンの役割を明らかにするとともに（Ⅰ）電磁気学的手法（マイクロ波）による機能触媒の制御、（Ⅱ）電気化学的手法による機能触媒の制御、および（Ⅲ）光学的手法による機能触媒の制御に関する試みについて、セルロースの分解による有価物の生成を中心に検討を行う。
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燃料電池カソード極の高性能化のための逆ミセル法による合金系触媒担持カーボンの合成
研究課題/領域番号：20350067 2008年05月 - 2011年03月
科学研究費補助金 基盤研究(B)
担当区分：研究代表者
固体高分子型燃料電池（PEFC）は、アノード極の水素の酸化反応（H2 → 2H+ + 2e）およびカソード（空気極）で起こる酸素の４電子還元反応（O2 + 4H+ + 4e → 2H2O）を利用している。このうち、酸素の４電子還元反応に対する活性化過電圧が大きいため、燃料電池の発電特性が大きく低下する。すなわち、民生用として広く燃料電池が普及するには、カソードに用いられる白金量を大幅に低減できる高性能な触媒の開発が必要である。ただし、強酸性条件下で高い酸素還元活性を維持できる元素は白金以外には見出されていない。本研究では、酸素の４電子還元反応を触媒する高活性な電極触媒の開発を目的として、比較的安定な微粒子分散系を調製でき、ナノサイズの超微粒子が得られる逆ミセル法を用いて、Pt-Fe系およびPt-Cu系触媒担持カーボンを合成し、その構造や酸素還元活性を明らかにすることともに、MEAを作製して燃料電池の発電特性を評価する。
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貴金属ナノ構造体と酸化スズ高次構造体のヘテロ接合による超高感度ガスセンサの開発
研究課題/領域番号：18550077 2006年05月 - 2008年03月
科学研究費補助金 基盤研究(C)
担当区分：研究代表者
半導体ガスセンサは、ガスと酸化物半導体の吸着酸素との反応によって酸化物粒子間の粒界ポテンシャルが変化することによる検知素子全体の電気抵抗変化を計測してガスを検知するデバイスである。このセンサは家庭用ガス漏れ警報機の普及に見られるように防災用としては優れている。しかしながら、近年、環境やアメニティの観点から、各種環境汚染ガス、揮発性有機化合物（VOCs）、有機ガス、においなどのセンサ計測の重要性が高まっており、半導体ガスセンサの飛躍的な感度の向上が望まれている。
現在までに明らかにされている半導体ガスセンサの高感度化の指針を全て満たすには、貴金属増感剤のナノ構造制御、酸化物半導体の一次粒子径制御、および半導体酸化物感応体の高次構造制御をそれぞれ最適化する必要がある。すなわち、本研究では、貴金属ナノ構造体/酸化スズナノ粒子/酸化スズマイクロ粒子三相ヘテロ界面の最適化による超高感度半導体ガスセンサの構築を目的とする。
その他競争的資金獲得実績 【 表示 ／ 非表示 】
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高酸素還元活性を発現する固体高分子形燃料電池用複合酸化物担体の開発
2015年01月 - 2015年12月
科学技術振興機構 科学技術振興機構 研究成果最適展開支援プログラム（A-STEP）探索タイプ（25年度）
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
本研究では、Ptを担持する担体として、高酸素還元活性を発現するTiO2-SnO2複合酸化物担体を開発し、新規高性能カソード電極触媒を提供することを目的とする。
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ニッケル系二次電池の高容量化を可能にするチタンおよびスズ置換によるα型水酸化ニッケルの開発
2013年08月 - 2014年03月
科学技術振興機構 科学技術振興機構 研究成果最適展開支援プログラム（A-STEP）探索タイプ（25年度）
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
本プロジェクトでは、ニッケル系二次電池の正極材料の高容量化を目的として、スズやチタンといった4価のカチオン置換によるアルファ型水酸化ニッケルの合成と評価に取り組んだ。スズおよびチタンの最適置換量は、スズでは10～20%、チタンでは10%であるとの結果を得た。これらは、アルカリ溶液中での安定性も高いことを明らかにした。スズ置換系は、水熱処理によって100m2/g以上の高比表面積化が可能であることもわかった。正極材料としては、充放電容量がいずれのレートでも市販のβ型よりも大きいことが示唆された。しかしながら、初期充放電特性ではアルファ型の特徴がみられたが、充放電を繰り返すと結晶構造が変化することがわかった。
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高速充放電対応型二次電池用ニッケル系正極材料の開発
2009年08月 - 2010年03月
科学技術振興機構JST 科学技術振興機構 地域イノベーション創出総合支援事業 平成21年度「シーズ発掘試験」発展型
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
本研究では、導電性の向上と結晶性の制御を行った高比表面積を有する水酸化ニッケルナノシートおよび高密度ヘキサゴナルプレートを主材料として高速充放電に対応できる二次電池用ニッケル系正極材料の開発を目的とする。
具体的には、平成19年度および20年度のシーズ発掘試験研究で得られた成果、特に２件の出願特許を基に新たに見出した、高速充放電可能な正極材料が得られる可能性を実証する。具体的には、実用レベルで広く用いられている0.2Cレート（5時間100%充電・放電）の15倍の速度である3Cレート（20分100%充電・放電）以上の充放電速度での容量の向上（70%以上）を目標とする。 -
二次電池用水酸化ニッケルナノシートおよびヘキサゴナルプレートの高機能化
2008年07月 - 2009年03月
科学技術振興機構 科学技術振興機構 地域イノベーション創出総合支援事業 平成20年度「シーズ発掘試験」発掘型
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
最近我々の研究グループでは、比表面積が200 m2/gを超える水酸化ニッケルの合成法を確立し、得られた高比表面積水酸化ニッケルを用いて水熱処理を行うことにより、比表面積は180 m2/g程度に低下するものの、ナノレベルのシート状構造を有する何構造体が得られることを明らかにしている。また、水熱条件を制御することで、比表面積は大きく低下するがβ型水酸化ニッケルの結晶構造の基本単位である六角板状（ヘキサゴナルプレート）構造の結晶が得られることを見出した。本研究では、水酸化コバルトと亜鉛の添加によって、それぞれ導電性の向上と結晶性の制御を行うことにより、高比表面積を有する水酸化ニッケルナノシートおよび高密度ヘキサゴナルプレートを主材料とする実用的な二次電池の正極材料を開発することを目的とする。
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高比表面積水酸化ニッケルの新規調製法の開発と二次電池への応用
2007年07月 - 2008年03月
科学技術振興機構 科学技術振興機構 地域イノベーション創出総合支援事業 平成19年度「シーズ発掘試験」
担当区分：研究代表者 資金種別：競争的資金
高出力二次電池の正極材料には主に水酸化ニッケルが用いられている。二次電池のさらなる高性能化・高エネルギー密度化には、水酸化ニッケルの特性向上が必要であり、そのためには、水酸化ニッケルの高比表面積化、および結晶性の向上等が必要となる。我々は、従来の6～20倍に相当する200 m2/g以上の高比表面積水酸化ニッケルが合成できることを最近見出した。本研究では、高比表面積を有する水酸化ニッケルの製造方法を確立するとともに、水酸化ニッケルの微細構造、細孔容積等を調べ、さらにナノ構造を制御する手法を開発する。
