固体窒素源を用いた高速物質探索を軸とする新規酸窒化物光触媒の創生

Research Project

Project/Area Number	20K15029
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 26020:Inorganic materials and properties-related
Research Institution	Gakushuin University
Principal Investigator	植田紘一郎学習院大学, 理学部, 助教 (60794089)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status	Discontinued (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords	固体窒素源 / 酸窒化物 / 光触媒 / 無機合成 / 物質探索 / 水分解光触媒
Outline of Research at the Start	いくつかの金属酸窒化物は、可視光照射下の光触媒反応によって水を分解し、水素と酸素を作り出せる。エネルギー問題の解決に向けて、効率良く水を分解して水素を製造できる酸窒化物光触媒材料の発見が待たれる。これまでの酸窒化物探索は酸化物中の金属カチオンと酸化物イオンを数%から数十%程度のマクロなスケールで異種金属と窒化物イオンとに置き換える物質探索が主であった。本研究では申請者が独自開発した窒化方法を利用し、高速でミクロスケールの酸窒化物探索をおこない、新規の酸窒化物光触媒の発見を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	本研究課題「固体窒素源を用いた高速物質探索を軸とする新規酸窒化物光触媒の創生」では、申請者が独自開発した窒化方法を利用し、高速でミクロスケールの酸窒化物探索をおこない、新規の酸窒化物光触媒の発見を目指すものである。具体的には、各種溶液法で調製した種々の酸化物前駆体粉末について、固体窒素源を用いて窒化処理し、①新たな酸窒化物を合成すること②得られた酸窒化物の結晶構造・電子状態密度を明らかにすること③光触媒特性を明らかにすることを目的としている。本年度は、前年度に引き続き、タンタル（Ta）、ニオブ（Nb）を主構成元素とした酸窒化物合成を検討した。Ta系の化合物について、新規の化合物を得ることには成功していないものの、これまでに報告されている物質について、より簡便に合成することが可能になった。また、いくつかの多形の存在が知られているTaONについて、本手法による窒化でも選択的に多形の作り分けが可能であることを確認した。本手法で得られる酸窒化物は、表面が有機残差で覆われているため、光触媒反応を検討する際にはアニール処理が必要であることもわかった。 Nb系化合物についても新規物質の発見には至らず、既存の物質および既存物質の固溶体を合成するに留まっている。ただし、Ta系化合物以上に多くの物質について、選択的に合成可能であることを確認している。また、前年と同様に、光触媒以外への応用可能な物質への展開にも成功している。