2015 Fiscal Year Annual Research Report
農業に革新をもたらす光合成用スペクトルコンバータの開発
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15H04619
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
松枝 直人 愛媛大学, 農学部, 教授 (90199753)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青野 宏通 愛媛大学, 理工学研究科, 教授 (00184052)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 蛍光体 / ゼオライト / 銀イオン / 波長変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
紫外線を吸収し光合成に利用可能な可視光線へと変換する蛍光体を開発するためには、蛍光強度の増大、蛍光体のナノサイズ化、蛍光波長の最適化が重要となる。本研究では、レアアースフリーの銀イオン担持ゼオライトをターゲットの蛍光体としている。
蛍光強度の増大のためにゼオライト種を変えたところ、A型、X型、Y型、P型、アナルサイム型で強い蛍光が観測された。X型とY型は共にフォージャサイトタイプに属し同形置換量のみ異なるが、銀イオン担持後の加熱処理において、X型では室温で最大蛍光強度を示したのに対し、Y型では400～700 ℃で最大となった。蛍光強度は銀イオンの担持量でも変化し、いずれのゼオライト種も最適担持量を有していた。最適担持量はその他のゼオライト種がおよそ1 mol/kgであったのが、Y型は約0.02 mmol/kgであった。蛍光強度は銀イオンと共存する陽イオンによっても変化し、Li、Cs、Zn、Baのイオン が１種および複数共存すると増大した。X型では概して加熱温度と共に蛍光強度が減少したが、Znイオン共存の場合のみ蛍光強度が加熱と共に増大した。
ゼオライト結晶のナノサイズ化を試みたところ、100 ℃加熱合成前に室温で数日熟成することでアナルサイム型で平均直径100 nm未満の試料を得た。共存する交換性陽イオンは蛍光波長のシフトももたらし、その効果はSrイオンとLiイオンで大きかった。700 ℃以上の加熱処理によって各種銀イオン担持ゼオライトは非晶質化したが、この非晶質物質においても蛍光がみられ、銀イオン担持量が約0.02 mmol/kgで蛍光強度が最大となった。
以上すべての場合において蛍光強度が最大であったのは、X型ゼオライトを母体とし銀イオン担持量0.8 mmol/kg、 Znイオン共存、400 ℃加熱の場合であり、蛍光強度は市販蛍光体YAGの1.05倍を達成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
蛍光強度の増大に関しては、市販黄色蛍光体YAG以上を達成した。今後、母体のゼオライト種、銀イオン担持量、共存陽イオン種、加熱温度などを最適化することで、更なる蛍光強度の増大が期待できる。ゼオライト結晶のナノサイズ化に関しては、一部のゼオライト種において成功しているのみである。蛍光波長の最適化においては、共存陽イオンによる波長シフトを確認したが、光合成に有効な長波長側へのシフトは達成できていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
ミクロンサイズの銀イオン担持ゼオライトは、太陽光の反射光を利用する場合に活用できる。蛍光強度は十分な値に達しているが、今後は、更なる蛍光強度の増大とともに、耐久性の付与が必要であり、それらのための実証試験を計画している。ナノサイズ化は、すでに成功しているアナルサイム型を除き、これ以外のゼオライト種について合成法の確立を目指す。また、テンプレートを用いない合成法も検討する。蛍光波長の最適化は、共存陽イオン種の検討に加え、長波長側へのシフトを目指し、淡黄色賦活剤物質による励起波長の長波長化に伴う蛍光波長の長波長化を目指す。蛍光体をより安価とするため、銀イオン担持量の削減、および銀イオン以外の安価な遷移金属イオンによる代替も検討する。
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