簡便かつ安価な合成法を用いた新規Pb,Bi含有酸フッ化物の物質探索

• Project Area: Synthesis of Mixed Anion Compounds toward Novel Functionalities
• Project/Area Number: 17H05489
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Chuo University
• Principal Investigator: 岡 研吾 中央大学, 理工学部, 助教 (80602044)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2017: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: アニオン複合化物 / 酸フッ化物 / 可視光応答光触媒 / フッ化物イオン伝導 / 複合アニオン / 鉛 / ビスマス / 複合アニオン化合物 / 層状ペロブスカイト / パイロクロア / セラミックス / 誘電体物性

Outline of Annual Research Achievements

平成30年度は本新学術領域内の共同研究により以下のような成果を得た。
・Pbを含む酸フッ化物の可視光応答光触媒特性を調べた。パイロクロアPb2Ti2O5.4F1.2は2.4 eVのバンドギャップを持ち可視光を吸収する。精密構造解析と計算化学を組み合わせた結果、Pbの6s電子とO/Fの2p電子の間で起こるRevised Lone Pair(RLP)と呼ばれる効果が、バンドギャップの縮小に大きな役割を果たしていることがわかった。アニオンサイトを酸素とフッ素で複合化した結果、Pb周囲のアニオン配位状況が変化し、短いPb-O結合ができたことが大きな要因である。さらにパイロクロアPb2Ti2O5.4F1.2と同じくPbとTiを含む酸フッ化物Pb2Ti4O9F2の可視光応答光触媒特性を比較も行った。紫外可視分光で吸収端を見積もった結果、Pb2Ti4O9F2の方がよりバンドギャップが開いていることがわかった。つまりRLP効果が弱いと考えられる。精密構造解析の結果から、パイロクロアPb2Ti2O5.4F1.2とPb2Ti4O9F2を比較すると最も短いPb-O結合の長さは前者の方が短いことがわかった。以上のように、該当年度の研究でRLP効果を活かした可視光応答光触媒の物質設計指針に繋がる成果を得ることができた。
・Pbを含むフッ化物パイロクロアについて、フッ化物イオン伝導特性を調べた。19F NMRを行うことにより、スペクトルの線幅の温度変化から、構造内でフッ化物イオンが動的な状態にあることがわかった。これはフッ化物イオン伝導が起こっているという決定的な証拠であり、今後研究をまとめる上で重要な成果を得ることができた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Negative thermal expansion in electron doped PbVO3-xFx (2019)
  • Author(s): Ogata Takahiro、Oka Kengo、Azuma Masaki
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 12 Issue: 2 Pages: 023005-023005
  • DOI: 10.7567/1882-0786/aafb9b
  • NAID: 210000135584
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Optimized negative thermal expansion induced by gradual intermetallic charge transfer in Bi1-xSbxNiO3 (2018)
  • Author(s): Nishikubo Takumi、Sakai Yuki、Oka Kengo、Mizumaki Masaichiro、Watanuki Tetsu、Machida Akihiko、Maejima Naoyuki、Ueda Shigenori、Mizokawa Takashi、Azuma Masaki
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 11 Issue: 6 Pages: 061102-061102
  • DOI: 10.7567/apex.11.061102
  • NAID: 210000136216
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Stable, Narrow-Gap Oxyfluoride Photocatalyst for Visible-Light Hydrogen Evolution and Carbon Dioxide Reduction (2018)
  • Author(s): Kuriki Ryo、Ichibha Tom、Hongo Kenta、Lu Daling、Maezono Ryo、Kageyama Hiroshi、Ishitani Osamu、Oka Kengo、Maeda Kazuhiko
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 140 Issue: 21 Pages: 6648-6655
  • DOI: 10.1021/jacs.8b02822
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Synthesis, Crystal Structure, and Optical Properties of Layered Perovskite Scandium Oxychlorides: Sr2ScO3Cl, Sr3Sc2O5Cl2, and Ba3Sc2O5Cl2 (2018)
  • Author(s): Su Yu、Tsujimoto Yoshihiro、Fujii Kotaro、Tatsuta Makoto、Oka Kengo、Yashima Masatomo、Ogino Hiraku、Yamaura Kazunari
  • Journal Title: Inorganic Chemistry Volume: 57 Issue: 9 Pages: 5615-5623
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b00573
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Light Absorption Properties and Electronic Band Structures of Lead Titanium Oxyfluoride Photocatalysts Pb2Ti4O9F2 and Pb2Ti2O5.4F1.2 (2018)
  • Author(s): Wakayama Haruki、Utimula Keishu、Ichibha Tom、Kuriki Ryo、Hongo Kenta、Maezono Ryo、Oka Kengo、Maeda Kazuhiko
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 122 Issue: 46 Pages: 26506-26511
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b08953
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Incorporation of sulfur ions into La2-xSrxCuO4 superconducting cuprate (2018)
  • Author(s): Oka Kengo、Shirota Kensuke、Sato Yoshiki、Oh-ishi Katsuyoshi
  • Journal Title: Journal of Asian Ceramic Societies Volume: 6 Issue: 3 Pages: 284-288
  • DOI: 10.1080/21870764.2018.1507611
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 新規Ruddlesden-Popper型層状ペロブスカイトPb3Fe2O5F2の構造および磁気転移 (2019)
  • Author(s): 岡研吾, 林直顕, 高野幹夫，草野圭弘，大石克嘉
  • Organizer: 日本物理学会第74次年次大会
• [Presentation] Observation of anion order in the Pb-Ti-O-F oxyfluoride system (2018)
  • Author(s): Kengo Oka, Hajime Hojo, Masaki Azuma, Katsuyoshi Oh-ishi
  • Organizer: ICPAC Langkawi
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] フッ化物アパタイトにおけるイオン伝導 (2018)
  • Author(s): 岡 研吾・大石 克嘉・ 舩山 耕生・植田 紘一郎・稲熊 宜之
  • Organizer: 日本セラミックス協会第31回秋期シンポジウム
• [Presentation] フッ化アパタイトA5V3O12F (A = Pb, Ba, Sr)におけるフッ素脱離吸収挙動 (2018)
  • Author(s): 岡研吾・大石克嘉、舩山耕生・植田紘一郎・稲熊宜之
  • Organizer: 日本セラミックス協会2018年会
• [Presentation] Observation of anion order in the Pb-Ti-O-F oxyfluoride system (2017)
  • Author(s): 岡研吾、大石克嘉、北條元、東正樹
  • Organizer: IUMRS-ICAM 2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 新規酸フッ化物層状ペロブスカイトPb3Fe2O5F2の磁性 (2017)
  • Author(s): 岡研吾、大石克嘉、林直顕、高野幹夫
  • Organizer: 日本セラミックス協会秋季シンポジウム