| Project/Area Number |
23K23179
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| Project/Area Number (Other) |
22H01911 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 28030:Nanomaterials-related
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| Research Institution | Hokkaido University (2024)
Tokyo Metropolitan University (2022-2023) |
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Principal Investigator |
蓬田 陽平 北海道大学, 電子科学研究所, 准教授 (90647158)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
柳 和宏 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (30415757)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2023: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
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| Keywords | ナノチューブ / 無機ナノチューブ / 遷移金属ダイカルコゲナイドナノチューブ / 構造制御 / 対称性制御 / 大量合成 / ヘテロナノチューブ / ヤヌスナノチューブ / 遷移金属ダイカルコゲナイド |
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| Outline of Research at the Start |
層状化合物を筒状にした無機ナノチューブ（INT）は、カイラル構造に由来した巨大なバルク光起電力効果や、１次元構造に由来した高い水素発生触媒性能が期待されており、脱炭素社会に向けて重要な太陽電池材料・燃料電池材料の有力候補となり得る。
本研究では、これまで開発してきたINTの合成技術を進化させ、これまでに無い複数組成かつ小径のINTの大量合成技術を開発する。さらに、得られた小径INTの構造・組成の自由度を駆使し、そのバルク光起電力効果・水素発生触媒性能を解明する。本研究を通して、小径INTの生産基盤を構築し、応用の可能性を見いだす。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、これまで開発してきた無機ナノチューブ（INT）の合成技術を進化させ、これまでに無い複数組成かつ小径のINTの大量合成技術を開発すること、そして得られた小径INTの構造・組成の自由度を駆使し、バルク光起電力効果・水素発生触媒性能等を解明することを目的としている。2023年度は、その目標達成に向けて、①大量合成に適したINT合成技術の開発、②異なる遷移金属・カルコゲンを用いたINTの組成の制御、③INTの触媒応答および物性の解明に取り組み、以下を実現した。
①大量合成に適したINT合成技術の開発：前年度開発した絶縁体基板上への小径INTの直接合成法で問題となっていた合成の不均一性の解決を行った。またその過程で、前駆体が基板の結晶軸に対して配列することを見いだし、配列したINTの合成に成功した。
②異なる遷移金属・カルコゲンを用いたINTの組成の制御：前年度実現したMoS2/WS2ヘテロNTにおいて、カルコゲン化温度の制御を行うことで、結晶性が高いヘテロNTの合成に成功した。結晶性を電子線回折により評価し、ヘテロNTのそれぞれの層が単一ドメインであることを明らかにした。さらに、前年度実現したWSSeヤヌスNTにおいて、ヤヌス化の条件を探索することにより、世界に先駆けてマイクロメートルスケールのヤヌスINTを実現した。高い結晶性やマイクロメートルスケールの長さは、デバイス作製に重要な要素であり、今後デバイス応用等への展開が期待できる。
③INTの触媒応答および物性の解明：②で得られたヤヌスNTを用いて電気化学セルを作製し、評価を行った。また、小径INTの非線形光学応答を評価し、小径INTの空間対称性の破れに起因する第二次高調波発生の観察に成功した。また並行して、バルク光起電力効果測定のためのナノチューブ一本のデバイス作製に対し、四端子電極を形成できる技術を開発した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、これまでに無い複数組成かつ小径のINTの大量合成技術を開発すること、得られたINTのバルク光起電力効果・水素発生触媒性能等を解明することを目的としている。2023年度は、その目的達成に向けて、①大量合成に適したINT合成技術の開発、②異なる遷移金属・カルコゲンを用いたINTの組成の制御、③INTの水素発生触媒能の測定に取り組み、当初の目標を十分に達成することができた。
①に関しては、気相法を用いた小径INTの合成に関する論文が受理され、されにスケールアップに重要な絶縁体基板上への直接合成の均一性向上を実現した。
②に関しては、ヘテロNTの合成に関する論文が受理され、マイクロメートルスケールの高品質なヤヌスNTの実現を確立することができた。
③に関しては、小径INTにおける光学特性の変調に関する論文が受理され、当初の計画には無い第二次高調波発生の観察に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、これまでの気相合成の研究で得られた知見を集約し、INT合成のスケールアップをさらに進める。ウェーハースケールの大面積基板に展開し、均一性を維持したまま小径INTを直接合成する技術を確立する。さらに、得られたINTの物性・触媒性能の評価を進める。得られたINTの物性および触媒性能をバルクや二次元のTMDCと比較し、小径INTで期待される物性・触媒性能の変調を実証する。
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