2019 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Synthesis of Mixed Anion Compounds toward Novel Functionalities |
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16H06441
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
前田 和彦 東京工業大学, 理学院, 准教授 (40549234)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長谷川 哲也 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10189532)
田部 勢津久 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (20222119)
松石 聡 東京工業大学, 元素戦略研究センター, 准教授 (30452006)
内本 喜晴 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (50193909)
森 孝雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, グループリーダー (90354430)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | 光触媒 / 光電極 / 蛍光体 / 熱電材料 / 磁性体 / 電池活物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光触媒、光電極： 前田、陰山（A01分担）、垣花（A01分担）、本郷（A01分担）、木本（A02分担）、八島（A02分担）、前園（A02公募）らの協働により、新規層状酸窒化物K2LaTa2O6Nの合成に初めて成功し、その優れた可視光応答光触媒機能を明らかとした。前田、松石との協働により、MXene構造の炭フッ素化物Y2CF2を合成し、可視光下で水素生成光触媒となることを見出した。長谷川らが中心となり、酸窒化物としては初めてCaTaO2N単結晶薄膜光電極で面方位による光電流の違いを観測した。
蛍光体： 田部、鱒渕（A01分担）の協働により、赤色発光を示すBaCN2:Eu2+蛍光体の高圧下での光物性を調べたところ、Eu2+:5d-4f発光は、加圧に対してルビー結晶の50倍の大きなエネルギーシフトを示す事を見出した。現在高圧研究で用いられるルビー蛍光法と比べてより高感度の圧力センサーとして今後期待される。
熱電材料： 森、石井（A02公募）らにより、マンガン-ニクトゲン-カルコハライド系において、極端に低い熱伝導率が見出され、結晶構造由来の機構が示された。資源豊富な鉱物系CoSbS系において、複合アニオン化のアプローチにより、硫黄サイトに過剰のテレリウムをドーピングすることにより、電気的に最適化すると同時に熱伝導率の低減が得られ、性能指数の100％の大幅な増大に成功した。
電子材料： 長谷川、荻野（A01代表）、辻本（A01公募）の協働により、新物質である層状イリジウム酸フッ化物Sr2IrO4-xF2x、SrCrO3-xFx薄膜を合成し、フッ化に伴う物性、電子状態変化を実験により明らかにした。
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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
上記の通り、A03班が関与した領域内共同研究は極めて活発に行われている。その結果として、2019年度内に出版した共著論文は25報以上になる。複合アニオン化合物の新規物理化学機能の創出という観点からも、新たに発見した層状酸窒化物K2LaTa2O6Nが従来の複合アニオン化合物や酸化物のチャンピオン物質と比べても高い光触媒活性を示すことを明らかにするなど、突出した成果が得られている。これらの事実から、本計画研究は順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本計画研究は、班長の前田の統括の下、光触媒・光電極（前田）、二次電池活物質（内本）、蛍光体（田部）、誘電体・磁性体・薄膜材料（長谷川）、熱電材料（森）、超伝導（松石）の計6チーム、公募研究9件、さらにはA01班、A02班も含めた有機的連携に基づき推進していく。2020年度においては以下の研究を計画している。
(1) 水の可視光完全分解に活性な酸フッ化物（Pb2Ti2O5.4F1.2）光電極を、電極構造に着目して高性能化する。これに関連し、高周波スパッタリング装置を新規に導入する計画である。（前田、A01公募・岡）(2) CO2還元に活性な酸水素化物系の電極触媒を探索する。（前田、内本、A01分担・陰山、A02分担・林、A03公募・竹入） (3) フッ化物イオンの挿入脱離可能な酸フッ化物系の電極材料を開発し、フッ化物イオン全固体電池を構築する。(内本、前田、A01分担・陰山、A02分担・林、A03公募・竹入) (4) Re6+添加オキシクロライドの蛍光特性を調査する。（田部、公募・平井） (5) 新規酸水素化物蛍光体の物質探索を行うとともに、希土類イオンに加えて遷移金属賦活蛍光体ホストとしての機能を評価する。(松石、田部) (6) 高移動度非晶質半導体酸硫化亜鉛薄膜のガスセンサー特性を探索する。 (長谷川、A02稲田) (7) フッ素化によりマンガン酸化物に電子ドープを行い、強磁性相を含む新しい電子相を発現させる。（長谷川、A02木本）(8) 複合アニオン化による局所的な構造・ボンディングの特徴による熱輸送への効果を解明する。（森、A02公募・石井）(9)酸化物系複合アニオン化合物の熱電的性質の解明・高性能化をはかる。（森、A01分担・陰山）
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[Journal Article] Light Absorption Properties and Electronic Band Structures of Lead-Vanadium Oxyhalide Apatites Pb5(VO4)3X (X = F, Cl, Br, I)2020
Author(s)
Masashi Nakamura, Kenji Oqmhula, Keishu Utimula, Miharu Eguchi, Kengo Oka, Kenta Hongo, Ryo Maezono, Kazuhiko Maeda
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Journal Title
Chem. Asian J.
Volume: 15
Pages: 540-545
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Two-Dimensional Perovskite Oxynitride K2LaTa2O6N with an H+/K+ Exchangeability in Aqueous Solution to Form Stable Photocatalyst for Visible-Light H2 Evolution2020
Author(s)
Takayoshi Oshima, Tom Ichibha, Kenji Oqmhula, Keisuke Hibino, Shunsuke Yamashita, Kotaro Fujii, Yugo Miseki, Kenta Hongo, Daling Lu, Ryo Maezono, Kazuhiro Sayama, Masatomo Yashima, Koji Kimoto, Hideki Kato, Masato Kakihana, Hiroshi Kageyama, Kazuhiko Maeda
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Journal Title
Angew. Chem. Int. Ed.
Volume: 59
Pages: 9736-9743
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] On the thermoelectric and magnetic properties, hardness, and crystal structure of the higher boride YbB662020
Author(s)
P. Sauerschnig, K. Tsuchiya, T. Tanaka, Y. Michiue, O. Sologub, S. Yin, A. Yoshikawa, T. Shishido, and T. Mori
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Journal Title
Journal of Alloys and Compounds
Volume: 813
Pages: 152182 1-8
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Synthesis, optical properties, and band structures of a series of layered mixed-anion compounds2019
Author(s)
Y. Iwasa, H. Ogino, D. Song, V. C. Agulto, K. Yamanoi, T. Shimizu, J. Ueda, K. Hongo,R. Maezono, S. Tanabe, N. Sarukura,
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Journal Title
J. Mater. Sci. : Mater. Electron.
Volume: 30
Pages: 16827-16832
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Lanthanide-doped Bismuth-Based Fluoride Nanocrystalline Particles: Formation,Spectroscopic Investigation and Chemical Stability2019
Author(s)
M Back, J Ueda, E. Ambrosi, L. Cassandro, D. Cristofori, R. Ottini, P. Riello,G.Sponchia, K. Asami, S. Tanabe, E. Trave,
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Journal Title
Chem. Mater.
Volume: 31
Pages: 8504‐8514
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Magnesioreduction Synthesis of (Co-doped) beta-FeSi2: mechanism, microstructure and improved thermoelectric properties2019
Author(s)
Sylvain Le Tonquesse, Zelia Verastegui, Helene Huynh, Vincent Dorcet, Quansheng Guo, Valerie Demange, Carmelo Prestipino, David Berthebaud, Takao Mori, Mathieu Pasturel
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Journal Title
ACS Appl. Energy Mater.
Volume: 2
Pages: 8525-8534
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Earth-Abundant Molecular Photocathodes for H2 Evolution and Assembly of a Z-Scheme Photoelectrochemical Cell for Overall Water-Splitting2019
Author(s)
Christopher D. Windle, Hiromu Kumagai, Masanobu Higashi, Romain Brisse, Sebastian Bold, Bruno Jousselme, Murielle Chavarot-Kerlidou, Kazuhiko Maeda, Ryu Abe, Osamu Ishitani, Vincent Artero
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 141
Pages: 9593-9602
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Electronic Structure Governed by Displacement of Indium Site in In-S6 Octahedra: LnOInS2 (Ln=La, Ce, and Pr)2019
Author(s)
Hiroaki Ito, Akira Miura, Yosuke Goto, Yoshikazu Mizuguchi, Chikako Moriyoshi, Yoshihiro Kuroiwa, Masaki Azuma, Jinjia Liu, Xiao-Dong Wen, Shunta Nishioka, Kazuhiko Maeda, Yuji Masubuchi, Nataly Carolina Rosero-Navarro, Kiyoharu Tadanaga
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Journal Title
Dalton Trans.
Volume: 48
Pages: 12272-12278
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Solar-Driven Photoelectrochemical Water Oxidation over an n-Type Lead-Titanium Oxyfluoride Anode2019
Author(s)
Naoki Hirayama, Hiroko Nakata, Haruki Wakayama, Shunta Nishioka, Tomoki Kanazawa, Ryutaro Kamata, Yousuke Ebato, Kosaku Kato, Hiromu Kumagai, Akira Yamakata, Kengo Oka, Kazuhiko Maeda
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 141
Pages: 17158-17165
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Defect Density-Dependent Electron Injection from Excited-State Ru(II) Tris-Diimine Complexes into Defect-Controlled Oxide Semiconductors2019
Author(s)
Shunta Nishioka, Yasuomi Yamazaki, Megumi Okazaki, Keita Sekizawa, Go Sahara, Riho Murakoshi, Daiki Saito, Ryo Kuriki, Takayoshi Oshima, Junji Hyodo, Yoshihiro Yamazaki, Osamu Ishitani, Thomas E. Mallouk, Kazuhiko Maeda
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Journal Title
J. Phys. Chem. C
Volume: 123
Pages: 28310-28318
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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