國本　雅宏 (クニモト　マサヒロ)

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所属

理工学術院 先進理工学部

職名

講師（任期付）

ホームページ

http://www.sc.appchem.waseda.ac.jp/

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学位 【 表示 ／ 非表示 】

  • 早稲田大学   博士（工学）

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所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

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    電気化学会

  • 　
    　
    　

    表面技術協会

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論文 【 表示 ／ 非表示 】

  • Surface enhanced Raman spectroscopy measurement of surface pH at the electrode during Ni electrodeposition reaction

    T. Homma, M. Kunimoto, M. Sasaki, T. Hanai, M. Yanagisawa

    J. Appl. Electrochem.   48 ( 6 ) 561 - 567  2018年  [査読有り]

  • Direct observation of the diffusion behavior of an electrodeposition additive in through-silicon via using in situ surface enhanced Raman spectroscopy

    T. Homma, A. Kato, M. Kunimoto, M. Yanagisawa

    Electrochem. Commun.   88   34 - 38  2018年  [査読有り]

  • Spectroscopic and Computational Analyses of Liquid–Liquid Interfacial Reaction Mechanism of Boric Acid Esterification with 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentanediol in Boron Extraction Processes

    M. Kunimoto, D. Bothe, R. Tamura, T. Oyanagi, Y. Fukunaka, H. Nakai, T. Homma

    J. Phys. Chem. C   122 ( 19 ) 10423 - 10429  2018年  [査読有り]

  • Fabrication of channel type mixing devices for efficient solvent extraction for high purity silica production

    Yelchur Venkata Akash, Masaki Mimura, Masahiro Kunimoto, Yasuhiro Fukunaka, Takayuki Homma

    ECS Transactions   80 ( 10 ) 1441 - 1446  2017年  [査読有り]

    　概要を見る

    As one of the most cost-effective methods to produce solar-grade silicon (SOG-Si), purification of silica solution by extracting its impurities through wet chemical processes has been proposed. This paper reports on the design of channel type reactor for liquid-liquid extraction to purify silica solution, focusing particularly on the extraction of B (boric acid) in aqueous phase with 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol (TMPD) in organic phase. The reactor fabricated by 3D printing technology was designed to have two characteristic structures: (i) a throat structure that shows gradually diverging part after converging near Y shaped inlets and (ii) obstacles structure on downstream. Two solutions were made to contact with each other by turbulent mixing around the throat structure, causing small droplets formation that was dispersed and retained efficiently even on downstream by obstacles structure. This droplet dispersion shortens diffusion distance of boric acid to meet TMPD at the liquid-liquid interface, providing efficient mass transfer. At higher flow rate i.e., 380 ml/min, the extraction efficiency was 97.43% after the multi stage process. The results suggest that the channel type reactor designed here is profitable for elimination of impurities, such as B or P, in silica solution to produce SOG-Si.

    DOI

  • Depth profiling of APTES self-assembled monolayers using surface-enhanced confocal Raman microspectroscop

    Y. Sun, M. Yanagisawa, M. Kunimoto, M. Nakamura, T. Homma

    Spectrochim. Acta, Part A   184   1 - 6  2017年  [査読有り]

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産業財産権 【 表示 ／ 非表示 】

  • 金属シリコン製造用アーク炉

    本間 敬之, 國本 雅宏, 福中 康博

    特許権

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受賞 【 表示 ／ 非表示 】

  • 第2回 日本化学会関東支部大会 学生講演賞

    公益社団法人 日本化学会 関東支部  

    受賞者： 國本雅宏

  • 第14回 表面技術協会講演大会優秀講演賞

    一般社団法人 表面技術協会  

    受賞者： 國本雅宏

  • 平成25年度 電気化学会論文賞

    公益社団法人 電気化学会  

    受賞者： 國本雅宏, 中井浩巳, 本間敬之

  • 平成30年度表面技術協会 進歩賞

    一般社団法人 表面技術協会  

    受賞者： 國本雅宏

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共同研究・競争的資金等の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

  • イオン液体からのSi電析における不純物混入機構の分子レベル解析と高純度Si層形成

    研究期間:

    2019年04月
    -
    2021年03月
     

    　概要を見る

    太陽光発電デバイス需要拡大に伴い，太陽電池級Siの安定供給プロセスの必要性が高まっている．非水溶媒を用いる電析プロセスはその１つとして有力であるが，形成されるSiの更なる高純度化が課題である．本研究はイオン液体trimethyl-n-hexyl ammonium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide（TMHATFSI）を電解液，SiCl4をSi前駆体にそれぞれ用いたSi電析における不純物混入機構を明らかにし，発電デバイス用Si微細構造体を形成することを目的とする．特に解析では，理論計算と独自の表界面分析用ラマン分光測定を用い，理論-実測の両面から検討する．本研究は、電気化学的安定性の高いイオン液体を電解液に用いて、標準電極電位が卑であり通常の水溶液系からでは還元析出困難なSiを太陽光発電デバイス用薄膜として電極基板上に形成する電解析出プロセスを開発する。ここでは理論化学計算の手法や分光計測の手法も援用することによって、Si前駆体の還元反応機構の分子レベルでの解析にも取り組み、その知見に基づく合理的な指針の下プロセス設計を行う。電解液にはtrimethyl-n-hexyl ammonium bis (trifluoromethylsulfonyl)imide（TMHATFSI）を、Si前駆体にはSiCl4をそれぞれ用いる。プロセス設計では、主に電圧印加波形、温度条件、対流条件、を最適化する。今年度の検討では、密度汎関数法（density functional theory，DFT）を用いた理論計算解析とラマン散乱分光測定による、SiCl4前駆体の還元反応機構、及び析出Si膜中への不純物の混入機構の解析に取り組んだ。加えてそれらを基にした電析条件最適化の予備検討まで着手することができた。まずSiCl4は2電子を授受後、近接する別のSiCl4と安定な二量体を形成することが示唆された。この中間体は分光測定でも観測され、知見が理論-実測両面から確かめられた。その後二量体はさらなる電子授受によって多量体化し、徐々に基板に析出するようになるが、計算解析で得られたイオン液体の分子中の各結合エネルギーから判断して、イオン液体分子はこの過程で、分子の状態で不純物として取り込まれると考えられた。このことは、析出のための電圧・電流印加時間の最適化の必要性を示唆している。この知見に基づき、電析条件の中でも電圧印加時間の最適化に着目した電圧パルス波形制御の初期検討に取り組み、数秒単位の比較的長い印加時間で薄膜特性が向上することを確認した。2019年度は、当初の目標を達成し次年度の研究につながる成果を創出することに成功したため、順調な進展と判断した。研究開始当初、2019年度は析出Si薄膜への不純物混入機構を、計算化学的理論解析及び分光計測を通じて理論-実測の両面から分子レベルで解析することを目標としていた。またそれにあたり理論モデルの構築や分光セル開発に取り組むことを計画として挙げていた。理論モデルの検討では、クラスターをベースに構築したSi表面モデルの適用によって、計算コストを抑えつつ必要な計算精度を確保できるようなモデル構築を達成した。分光セル開発では当初予定にはなかった設計も行い、計画当初想定したものよりも測定に適したセルの構築を達成した。当初はAuやAgなどプラズモン活性の高い金属ナノ粒子を蒸着などで表面に修飾した直径2.5 mm程度のマイクロレンズを、ラマンシグナル増強用のセンサとして用い、それを実装した分光セルをSi電析プロセスの解析用に構築、応用する計画としていた。このシステムの大きな利点は、プラズモン活性を示さない電極を含むあらゆる電極に対して前処理なしで表面増強ラマン散乱分光法が行える点である。設計を進めていくと、マイクロレンズをセンサ担体として用いるよりも、ガラス平板を担体として用いた方が精度の高い分光測定を行えることが明らかとなり、その知見を基に設計を改め新規なセルを開発することに成功した。さらにこれらの基礎解析によって、Si前駆体反応機構や不純物混入機構に関する分子レベルの知見を得ることができたため、それらを基に電析プロセスの最適化に着手した。プロセスの条件最適化は当初、2020年度から開始する計画としていたが、モデル構築や計測セル改良、そしてそれらを用いた解析を円滑に行うことができた結果、予備検討ではあるものの2019年度の時点でその検討に着手することができた。今後は当初の計画通り、電析条件の最適化と微細構造Si形成に取り組む。電析条件の最適化では、A. 電流・電圧値及び波形、B. 浴温、C. 対流条件に着目するが、特にA. 電流・電圧値及び波形に関しては、副反応制御の観点から電圧パルス電解に着目しており、したがって電圧値とそのパルス波形を検討する。このパルス電解は、定常的に電圧や電流を印加する通常の電解とは異なり、数十msから数sほどの短期的な電圧・電流印加を周期的にかけていくプロセスであり、そのような短期的印加をかける時間幅、いわゆるon timeと、印加のない時間幅、off timeが交互に訪れる。このon time とoff time の設定を、分子レベルの学術的知見に基づいて検討し、波形を最適化することがこの研究の一つの大きな特色であり2020年度はこの最適化に取り組む計画である。2019年度における予備検討の結果、数秒程度のon time で従来膜の1.5倍のSi純度の膜が得られることが明らかになっているが、膜の平滑性やSi純度のさらなる向上に向けて、on timeとoff timeのバランス、いわゆるデューティー比を一層追い込んで最適化する必要がある。これまでに得られた知見に基づいて検討し、イオン液体分子が膜中に混入しないような off time の工夫を計画している。B. 浴温，C. 対流条件については、電解セルの再構築を通して最適化する。特にC. 対流条件の最適化においては、新規な電解セル設計を通じて強制対流をかけられるセットアップを組むことで、物質移動過程を制御し前述のパルス電析の環境をさらに最適なものに整える。この新規電解セルの設計は、予備検討の一環として既に2019年度に着手しておりセル構築の目途は立っている。そうしたプロセス設計に取り組んだ後、ナノインプリント法などを駆使した微細構造形成に取り組む

  • 大規模エネルギー変換貯蔵デバイスの電気化学プロセシングにおける核発生成長制御

    研究期間:

    2013年04月
    -
    2016年03月
     

    　概要を見る

    大規模エネルギー貯蔵デバイス開発には充放電操作に伴う電極表面の微細構造の安定制御が必須課題である。本研究では実験的・理論的アプローチによる精密な解析とモデリング手法の検討から、モデル電析系において単一析出核レベルの極微構造形成プロセスの解析および制御手法を構築すると共に、大規模蓄電池への応用を念頭においたZn電極反応に伴う核発生から樹枝状不規則構造（スポンジ構造）の成長過程に着目した解析を行い、その形成機構を明らかにした

  • プラズモンアンテナ型センサを用いた超高分解能固液界面その場解析手法の確立

    挑戦的萌芽研究

    研究期間:

    2011年
    -
    2013年
     

    　概要を見る

    Au,Ag,Cuなどの金属からなる同心円溝構造のセンサおよびナノ粒子を光透過基板に形成させたセンサを試作し、表面増強ラマン散乱スペクトルによる固液界面の分子構造を計測可能な系を開発した。実証例としてヒドラジンと次亜リン酸分子の固液界面における吸着挙動を明らかにした。さらにAuめっき添加剤ヤヌスグリーンB(JGB)の吸着状態を解析し、電界印加による分解反応の観察に成功した。またハードディスク表面のサブnm厚のダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜と液体潤滑剤の膜厚方向の分子構造変化の測定を行い、窒素添加DLC膜表面近傍の潤滑油分子の界面吸着構造を0.1nmの深さ分解能で測定することに成功した。

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講演・口頭発表等 【 表示 ／ 非表示 】

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特定課題研究 【 表示 ／ 非表示 】

  • Liイオン二次電池電極におけるSEI形成過程の高精度in-situラマン解析

    2018年  

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    　本研究では，Liイオン二次電池の負極表面において形成される電解液分解生成物層，いわゆるSEI層の形成をin situで観察し，その形成過程を明らかにすることを目的とした．観察・解析には，本研究者がこれまでに構築してきた表界面分光分析法としての表面増強ラマン測定（SERS）システムを，さらに発展させたシステムを応用した．電解液にはEC/EMC+1 mol/L LiPF6を，負極にはグラファイト，そして正極にはLiCoO2を，それぞれ適用した．解析の結果，SEI形成は2つの電圧領域で生じることが明らかになった．より正の電圧領域で形成されるSEI層は不安定であり，SEI層形成と成長には主に，2つの中でもより負の電圧領域である第二段階が大きく寄与するものと示唆された．

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現在担当している科目 【 表示 ／ 非表示 】

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