【公開日：2023.07.28】【最終更新日：2023.05.26】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22BA0007

利用課題名 / Title

X線光電子分光を用いたホウ素含有物質に関する物質科学の研究

利用した実施機関 / Support Institute

筑波大学 / Tsukuba Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

電子分光,ナノシート/ Nanosheet

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

近藤 剛弘

所属名 / Affiliation

筑波大学

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

渡邉 範陳,Kang Zihao,引地 美亜,Linghui Li,Yuan Mei,吉岡 ひかり,野口 夏未,後藤 和歩,伊藤伸一,安田 幸広,福田 弘清

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

BA-015：X線光電子分光装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

　本研究では我々が2017年に論文報告したホウ素と水素で構成される新しい二次元物質であるホウ化水素（またはボロファン）や2021年に論文報告した新しい二次元物質である硫化ホウ素シートなどを基軸とし、様々なホウ素含有物質に関する物質科学の研究を展開する。具体的には、これらのホウ素含有二次元物質や、これらを基本とした誘導体、あるいは新しい物質候補群の熱触媒特性、電気化学触媒特性、水素吸蔵特性を明らかにする。この際、ホウ素含有物質の表面の物性を決定づける表面構成元素の組成や化学的状態をX線光電子分光で評価する。

実験 / Experimental

X線光電子分光によりホウ素のコアレベルを測定し電荷状態を評価するとともに、他の元素の存在とその量の確認を行う。

結果と考察 / Results and Discussion

　ホウ化水素シートに2nm程度のサイズのニッケルナノ粒子が高分散で担持された複合物質や六ホウ化カルシウムに含有しているカルシウムイオンの半分が水素イオンと置換した物質などの新しい物質群の創出に成功した。また、ホウ化水素の水素欠損部位に二酸化炭素が吸着することや、約150℃で二酸化炭素をエタン分子に転換する機能（すなわちCCカップリング触媒機能）がホウ化水素に備わっていることを見出した（Fig. 1）。これらの結果について論文発表を行った。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

Fig. 1 ホウ化水素シートが150℃で二酸化炭素をエタンに転換（C-Cカップリングを実現）

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Xiaoni Zhang, Electronic Topological Transition of 2D Boron by the Ion Exchange Reaction, The Journal of Physical Chemistry C, 126, 12802-12808(2022).
   DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c02431
   
2. Takahiro KONDO, Preparation and Characterization of Boron Monosulfide Nanosheets with Tunable Bandgaps, Vacuum and Surface Science, 65, 302-308(2022).
   DOI: 10.1380/vss.65.302
   
3. Takahiro KONDO, Unique Functions of Hydrogen Boride Sheets, Nihon Kessho Gakkaishi, 64, 156-159(2022).
   DOI: 10.5940/jcrsj.64.156
   
4. Kotaro Takeyasu, Hydrogenation of Formate Species Using Atomic Hydrogen on a Cu(111) Model Catalyst, Journal of the American Chemical Society, 144, 12158-12166(2022).
   DOI: 10.1021/jacs.2c02797
   
5. Taiga Goto, Carbon dioxide adsorption and conversion to methane and ethane on hydrogen boride sheets, Communications Chemistry, 5, (2022).
   DOI: 10.1038/s42004-022-00739-8
   
6. Yasunobu Ando, Homotopic analysis of quantum states in two-dimensional polymorphs by a herringbone lattice model, Physical Review B, 106, (2022).
   DOI: 10.1103/PhysRevB.106.195106
   
7. Yuki Tsujikawa, Structural and electronic evidence of boron atomic chains, Physical Review B, 106, (2022).
   DOI: 10.1103/PhysRevB.106.205406
   
8. Riku Shibuya, Chemisorption of CO₂ on Nitrogen-Doped Graphitic Carbons, Langmuir, 38, 14430-14438(2022).
   DOI: 10.1021/acs.langmuir.2c01987
   
9. Natsumi Noguchi, Highly Dispersed Ni Nanoclusters Spontaneously Formed on Hydrogen Boride Sheets, Molecules, 27, 8261(2022).
   DOI: 10.3390/molecules27238261
   
10. Yasunobu Ando, Prediction of a Cyclic Hydrogenated Boron Molecule as a Promising Building Block for Borophane, Molecules, 28, 1225(2023).
    DOI: 10.3390/molecules28031225
    
11. Norinobu Watanabe, Rhombohedral Boron Monosulfide as a p-Type Semiconductor, Molecules, 28, 1896(2023).
    DOI: 10.3390/molecules28041896
    
12. Katsuaki Sugawara, Direct Imaging of Band Structure for Powdered Rhombohedral Boron Monosulfide by Microfocused ARPES, Nano Letters, 23, 1673-1679(2023).
    DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04048
    
13. Yuki Tsujikawa, Observing an ordered surface phase by B deposition on Cu(110), Surface Science, 732, 122282(2023).
    DOI: 10.1016/j.susc.2023.122282
    

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：6件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：3件