• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2016 Fiscal Year Annual Research Report

酸化物系ナノチューブの高次構造チューニングによる物理光化学機能の深化と体系化

Research Project

Project/Area Number 15H05715
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

関野 徹  大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (20226658)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 清野 智史  大阪大学, 工学研究科, 准教授 (90432517)
佃 諭志  東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (00451633)
楠瀬 尚史  香川大学, 工学部, 准教授 (60314423)
林 大和  東北大学, 工学研究科, 准教授 (60396455)
後藤 知代  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (60643682)
趙 成訓  大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (50776135)
Project Period (FY) 2015-05-29 – 2020-03-31
Keywordsナノ材料 / 光触媒 / 酸化物ナノチューブ / 高次構造機能チューニング / ナノハイブリッド / バンドギャップ制御 / 環境・エネルギー材料 / 生体適合機能
Outline of Annual Research Achievements

酸化物半導体ナノチューブ材料を高効率高次環境保全・エネルギー創製など次世代型サステナブルシステムへ適応しうる多機能集積型材料化することを目的とした研究を進め、下記の成果を得た。
酸化チタンナノチューブ(TNT)に結晶格子構造制御法を適用し、多様な元素固溶を実施した。その結果、遷移金属元素や希土類固溶TNTの合成に成功し、光触媒特性と分子吸着性に優れることを見いだした。さらに、元素固溶により可視光応答性光触媒機能が付与出来ること、およびその特性が共固溶により向上することを見いだし、その機構を解明した。
TNTと無機化合物や高分子とのナノ複合化プロセスを探索し、低次元ナノハイブリッド型材料創製を行った。低次元構造を持つカーボンナノチューブ(TNT)およびグラフェンを共存合成させることで、CNTを核としてTNTが取り囲んだ一次元型CNT/TNTコアシェル型ナノ複合構造、および2次元平面型ナノ複合構造体の創製に成功し、電子顕微鏡により構造特異性を検証した。これら炭素/酸化物ナノチューブ複合材料が優れた分子吸着能や光触媒特性を示すことを見いだした。
過酸化水素処理TNTの構造および機能を検証し、表面化学構造変化がその着色および可視光吸収特性発現の原因であることを解明し、この結果極めて大きなバンドギャップ減少が発現することを見いだした。化学処理による可視光応答性TNTの光触媒反応および分子吸着特性が優れることを検証すると共に、金属ナノ粒子を光還元法で担持できること、これにより触媒特性がさらに向上することを見いだした。
表面を有機処理したTNTについて、生体細胞へ与える影響を調べ、光照射により細胞成長および細胞死が生じることを見いだし、生体・医療用材料としてのポテンシャルを検証した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は目的達成のために、大別して、材料創製・構造機能チューニング、および構造解析・機能評価解析検証の2つのフェーズにより研究を推進している。
材料創製プロセスステージでは原子(結晶)構造レベルのチューニングならびに多様な結合様式を持つ材料とのナノレベルハイブリッド構造化に成功しており、前者では多様な元素固溶により光化学と物理化学機能の融合および同時改善や可視光応答性付与に成功するなど、材料合成と機能検証が順調に進んでいる。異種材料とのナノハイブリッド化では、炭素材料や高分子との複合化に関する実験研究を進めており、ユニークな形態でかつ低次元性を持つ材料創製に成功し、その機能が優れることを実証しているなど、概ね計画通りに進んでいる。
但し、ナノチューブとナノ炭素および金属との複合材料の構造観察・解析の結果、炭素は予想以上に複雑な低次元レベルで複合化しており、さらに化学結合性が通常にない状態である可能性が明らかとなった。このため、ナノ構造および結合状態の更なる解析を行うと共に、その知見を元に合成実験を行うために計画を一部見直した(繰越を含む)。この結果、炭素とナノチューブ間には複合様式により強い化学結合が生成する可能性があること、ナノ金属担持の場合、プロセス条件により多彩な原子価状態でナノ粒子が析出することなどの知見が得られた。

Strategy for Future Research Activity

研究計画に従った各フェーズ(材料創製・構造機能チューニング、および構造解析・機能評価解析検証)ごとに研究を引き続き進める。特に本研究では低次元酸化物ナノマテリアル材料へ、物性-特異ナノ構造相関に基づく物理光化学的機能などを協奏的・相乗的に発現・集約させると共に、その光化学的・物理化学的などの高次機能性発現メカニズムを解明することで、次世代型サステナブルシステムへ適応しうる多機能インテグレーション材料を創出することを目的としている。これに基づき、研究期間中期では材料創製フェーズの最適化と新たな展開研究を更に進めると共に、解析検証フェーズは特異機能(光化学および電気化学機能)の更なる検証と機構解明に向けた整理・方向付けを行う。

加えて計画記載の研究分担者による研究項目の推進、連携研究者による支援に加え、これまで連携してきた関連分野における内外の研究者との情報交換・意見集約および共同での研究を引き続き進める。特に、構造解析・機能評価解析検証フェースに関連する項目については助言・サポートに加え、センシング機能評価などを含めたナノ電気物性機能評価、光機能解明のための分光学的分析の実施を行う。さらに構造解析については、大型放射光施設の利用およびデータの解析を国内外の研究者による助言も含めて実施する。さらに構造解析・機能評価解析検証フェースでは、環境・エネルギーシステム化のための材料の構造化やそれに向けたプロセス設計についても引き続き進めると共に、材料・デバイス関連企業などの研究者からも助言を受けるなどを行いながら進める。

  • Research Products

    (38 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 2 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 15 results,  Invited: 16 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Sun Moon University/KICET/Hanyang University(韓国)

    • Country Name
      KOREA (REP. OF KOREA)
    • Counterpart Institution
      Sun Moon University/KICET/Hanyang University
    • # of Other Institutions
      1
  • [Journal Article] Fabrication of Au nanoparticles on poly(vinylpyrrolidone) nanowires exhibiting reversible frequency change of localized surface plasmon resonance2018

    • Author(s)
      Satoshi Tsukuda, Shu Seki, Masaaki Omichi, Masaki Sugimoto, Akira Idesaki, Tohru Sekino, Takahisa Omata
    • Journal Title

      AIP Advances

      Volume: 8(1) Pages: '0153141

    • DOI

      10.1063/1.5001553

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Low-temperature hydrothermal synthesis and characterization of SrTiO3 photocatalysts for NOx degradation2018

    • Author(s)
      Mariko Kobayashi, Yoshikazu Suzuki, Tomoyo Goto, Sung Hun Cho, Tohru Sekino, Yusuke Asakura, Shu Yin
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 126(2) Pages: 135-138

    • DOI

      10.2109/jcersj2.17195

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The Synthesis and Photocatalytic activity of Carbon Nanotube-mixed TiO2 Nanotubes2017

    • Author(s)
      Chun Woong Park, Young Do Kim, Tohru Sekino, Se Hoon Kim
    • Journal Title

      Journal of Korean Powder Metallurgy Institute

      Volume: 24 Pages: 279-284

    • DOI

      10.4150/KPMI.2017.24.4.279

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Comparative study on the photocatalytic properties of Ag3PO4 fabricated by different methods2017

    • Author(s)
      Y.-H. Jo, B. Joshi, T. Sekino, T.-H. Kim, S.-W. Lee
    • Journal Title

      Research on Chemical Intermediates

      Volume: 43(9) Pages: 5261-5269

    • DOI

      10.1007/s11164-017-3055-8

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Structure and Properties Tunings of Low-dimensional Nanostructured Titania2017

    • Author(s)
      Tohru Sekino
    • Journal Title

      Journal of the Technical Association of Refractories, Japan

      Volume: 37(3) Pages: 160-169

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Photocatalytic activity under UV/Visible light range of Nb-doped titanate nanostructures synthesized with Nb oxide2017

    • Author(s)
      Jong Min Byun, Hye Rim Choi, Young Do Kim, Tohru Sekino, Se Hoon Kim
    • Journal Title

      Applied Surface Science

      Volume: 415 Pages: 126-131

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2016.08.132

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of ultraviolet treatment on bacterial attachment and osteogenic activity to alkali-treated titanium with nanonetwork structures2017

    • Author(s)
      H. Zhang, S. Komasa, C. Mashimo, T. Sekino, J. Okazaki
    • Journal Title

      International Journal of Nanomedicine

      Volume: 12 Pages: 4633-4646

    • DOI

      10.2147/IJN.S136273

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synthesis and characterization of hollow magnetic nanospheres modified with Au nanoparticles for bio-encapsulation2017

    • Author(s)
      Satoshi Seino, Kent Suga, Takashi Nakagawa, Takao A. Yamamoto
    • Journal Title

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      Volume: 427 Pages: 276-279

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2016.11.004

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of counterpart metals in carbon-supported Pt-based catalysts prepared using radiochemical method2017

    • Author(s)
      Tomohisa Okazaki, Satoshi Seino, Yoshiyuki Matsuura, Hiroaki Otake, Junichiro Kugai, Yuji Ohkubo, Hiroaki Nitani, Takashi Nakagawa, Takao A. Yamamoto
    • Journal Title

      Journal of Radiation Physics and Chemistry

      Volume: 133 Pages: 67-71

    • DOI

      10.1016/j.radphyschem.2016.12.020

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Formation of Au nanoparticle arrays on hydrogel two-dimensional patterns based on poly(vinylpyrrolidone)2017

    • Author(s)
      S. Tsukuda, K. Okamoto, H. Yamamoto, T. Kozawa, T. Omata
    • Journal Title

      Jpn. J. App. Phys.

      Volume: 56$B!J(B6S1) Pages: '06GG06

    • DOI

      10.7567/JJAP.56.06GG06

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis of Ti4O7 Nanoparticles by Carbothermal Reduction Using Microwave Rapid Heating2017

    • Author(s)
      Tomohiro Takeuchi, Jun Fukushima, Yamato Hayashi, Hirotsugu Takizawa
    • Journal Title

      Catalysts

      Volume: 7(2) Pages: '65(6 pages)

    • DOI

      10.3390/catal7020065

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Materials Tuning of Titania Nanotubes for Environmental and Energy Functions2018

    • Author(s)
      Tohru Sekino
    • Organizer
      2018 IMCE International Symposium
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Structure and Properties Tuning of Titania Nanotubes for Eco-Multifunctionalization2018

    • Author(s)
      Sunghun Eom, Yuto Yamasaki, Sung Hun Cho, Tomoyo Goto, Myoung Pyo Cun, Soo Wohn Lee, Tohru Sekino
    • Organizer
      The 6th International Symposium on Advanced Ceramics (ISAC-6)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Materials Tuning of Ceramic-based Nanocomposites for Multifunctionalization2018

    • Author(s)
      Tohru Sekino
    • Organizer
      The 19th International Symposium on Eco-materials Processing and Design (ISEPD-2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fabrication of fine Ti-dispersed alumina composites and their mechanical and electrical properties2018

    • Author(s)
      Shengfang Shi, Tomoyo Goto, Tohru Sekino
    • Organizer
      The 19th International Symposium on Eco-materials Processing and Design (ISEPD-2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Synthesis and Multifunctions of Titania Nanotubes-based Low-dimensional Anisotropic Nanocomposites2018

    • Author(s)
      Tohru Sekino, Sunghun Eom, Yuto Yamasaki, Hisataka Nishida, Sung Hun Cho, Tomoyo Goto
    • Organizer
      The 42nd International Conference & Exposition on Advanced Ceramics & Composites (ICACC2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] チタニア基ナノチューブの低次元ナノ複合構造形成とその光物理化学機能2017

    • Author(s)
      関野 徹
    • Organizer
      日本セラミックス協会資源・環境材料部会・電子材料部会合同セミナー
    • Invited
  • [Presentation] Materials Tuning of Titania-based Oxide Nanotubes for Energy and Environmental Applications2017

    • Author(s)
      Tohru Sekino
    • Organizer
      The 6th International Symposium on Advanced Ceramics and Technology for Sustainable Energy Applications toward a Low Carbon Society (ACTSEA-2017)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 化学プロセスで合成するチタニアナノチューブとその応用2017

    • Author(s)
      関野 徹
    • Organizer
      日本学術振興会素材プロセシング第69委員会第71回研究会
    • Invited
  • [Presentation] 多彩な低次元ナノ構造チューニングによる酸化物ナノチューブの高次機能化2017

    • Author(s)
      関野 徹
    • Organizer
      日本セラミックス協会第30回秋季シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 溶液化学プロセスによるチタニアナノチューブの多様な構造および機能チューニング2017

    • Author(s)
      関野 徹
    • Organizer
      日本ゾル-ゲル学会第15回討論会
    • Invited
  • [Presentation] Materials Tuning of Titania Nanotubes for Environmental and Energy Applications2017

    • Author(s)
      Sung Hun Eom, Yuto Yamasaki, Tomoyo Goto, Sung Hun Cho, Soo Wohn Lee, Tohru Sekino
    • Organizer
      The 6th Advanced Functional Materials and Devices (AFMD-2017)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Synthesis of Titiania Nanotube and Nanostructure Carbon Composites via Solution Chemical Routes and Their Physical Properties2017

    • Author(s)
      Sunghun Eom, Tomoyo Goto, Sung Hun Chou, Hisataka Nishida, Tohru Sekino
    • Organizer
      2017 China-Japan-Korea Multifunctional Nanomaterials Semina
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Adsorption Behavior of Acidic Dye on TiO2-Modified Hydroxyapatite as Photocatalyst2017

    • Author(s)
      Tomoyo Goto, Sung Hun Cho, Tohru Sekino
    • Organizer
      2017 China-Japan-Korea Multifunctional Nanomaterials Seminar
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Synthesis and Functions of Visible-light Responsible Photocatalytic Titania Nanotubes2017

    • Author(s)
      Tohru Sekino
    • Organizer
      9th International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT 2017)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Fabrication and Multifunctional Properties of Low-dimensional Titania Nanotube-based Nanocomposites2017

    • Author(s)
      Sunghun Eom, Yuto Yamasaki, Hisataka Nishida, Sung Hun Cho, Tomoyo Goto, *Tohru Sekino
    • Organizer
      The 8th International Conference on Electroceramics (ICE2017)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Thermoelectric Array Sensors with catalyst combustors for breath analysis2017

    • Author(s)
      Woosuck Shin, *Tomoyo Goto, Daisuke Nagai, Toshio Itoh, Takafumi Akamatsu, Kazuo Sato
    • Organizer
      The 8th International Conference on Electroceramics (ICE2017)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 過酸化水素処理により可視光応答性を付与したチタニアナノチューブでの貴金属析出挙動とその特性2017

    • Author(s)
      山崎 湧登, 後藤知代, 趙 成訓, 西田尚敬, 関野 徹
    • Organizer
      日本セラミックス協会第30回秋季シンポジウム
  • [Presentation] Imparting fluorescence color of natural teeth to zirconia material by co-doping Tm-Er2017

    • Author(s)
      Hisataka Nishida, Tohru Sekino, Takashi Nakamura, Hirofumi Yatani, Kazuyo Yamamoto
    • Organizer
      The 10th International Federation of Esthetic Dentistry World Conference (IFED 2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 過酸化水素処理による可視光応答型チタニアナノチューブへの白金担持とその影響2017

    • Author(s)
      山﨑 湧登、後藤知代、趙 成訓、西田尚敬、関野 徹
    • Organizer
      日本セラミックス協会関西支部第12回学術講演会
  • [Presentation] 溶液化学プロセスによる低次元構造カーボン/チタニアナノチューブ複合材料の作製とその電気特性2017

    • Author(s)
      嚴 成勳, 趙 成訓, 後藤知代, 関野 徹
    • Organizer
      日本セラミックス協会関西支部第12回学術講演会
  • [Presentation] Sorption of Cs+ on Titania Nanotube Synthesized by Solution Method2017

    • Author(s)
      T. Goto, S. H. Cho, T. Sekino
    • Organizer
      The 12th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PacRim 2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fabrication of low-dimensional carbon and titania nanotube composites via solution chemical process and their electrical properties2017

    • Author(s)
      S. Eom, S. H. Cho, T. Goto, T. Sekino
    • Organizer
      The 12th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology (PacRim 2017)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 過酸化水素処理による可視光応答型チタニアナノチューブへの白金担持の影響2017

    • Author(s)
      山崎 湧登, 後藤知代, 趙 成訓, 西田尚敬, 関野 徹
    • Organizer
      日本セラミックス協会2017年年会
  • [Presentation] ナノ構造チタネートの解析2017

    • Author(s)
      趙 成訓, 後藤知代, 関野 徹
    • Organizer
      日本セラミックス協会2017年年会
  • [Presentation] Fabrication of low dimensional carbon and TiO2 nanotube composites via solution chemical process and their electrical properties2017

    • Author(s)
      Sunghun Eom, Tomoyo Goto, Sung Hun Cho, Tohru Sekino
    • Organizer
      日本セラミックス協会2017年年会
  • [Remarks] 大阪大学 産業科学研究所 先端ハード材料研究分野

    • URL

      http://www.sanken.osaka-u.ac.jp/labs/mmp/indexj.html

URL: 

Published: 2019-12-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi