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2016 Fiscal Year Research-status Report

Bi系複合酸化物の低温合成とヘテロ接合による有機物酸化活性の改善

Research Project

Project/Area Number 15K05658
Research InstitutionKitakyushu National College of Technology

Principal Investigator

松嶋 茂憲  北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科(物質化学コース), 教授 (80229476)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小畑 賢次  北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科(物質化学コース), 准教授 (70370046)
園田 達彦  北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科(物質化学コース), 准教授 (30403992)
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords光触媒 / 錯体重合法 / 機器分析 / 第一原理バンド計算 / Bi系複合酸化物 / 可視光応答 / BiVO4 / 異種元素添加
Outline of Annual Research Achievements

申請者らは、可視光応答性光触媒としてBi系複合酸化物に注目し、(1) 低温合成・焼成時間の削減による比表面積の向上,(2) 不純物ドープ効果の明確化, (3) 理論計算の実施による光学的性質の解析, (4) 材料複合化による光酸化分解能の向上について研究を進めている。今回、Bi系複合酸化物としてBiVO4及びBi2WO6に着目し、それらの低温調製法や熱処理条件(焼成温度や焼成時間)の検討,異種元素の探索と添加効果の明確化,理論計算による電子構造や光学的性質の評価について取り上げた。従来のCa4Bi6O13やSr2Bi2O5はp型半導体であることが示唆されており、BiVO4やBi2WO6はn型半導体であるため、Bi系のpnヘテロ接合型光触媒の創製による有機物の光酸化分解活性の向上が期待される。まずBiVO4の光触媒活性能を高めるために、低温合成による高比表面積試料の調製について検討した。錯体重合法では、固相反応法よりも100 °C低い温度で単斜晶系のBiVO4単相が生成することがわかった。異種元素の添加では、Laを添加すると単斜晶系のBiVO4が得られるが、Moを添加すると正方晶系のBiVO4が生成した。これらの異種元素を添加するとBiVO4の結晶子サイズが減少し、比表面積の向上が示唆された。異種元素添加によってBiVO4の基礎吸収端は大きく変化しないが、第一原理計算の結果、BiVO4の価電子帯や伝導帯に異種元素に由来する電子状態が確認された。可視光照射下においてイソプロパノール分解活性を試験したところ、添加前よりもMo添加によって、BiVO4のイソプロパノール酸化分解活性が向上することがわかった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

平成28年度は、Bi系複合酸化物(特にBiVO4)について、(1) 低温合成・焼成時間の削減による比表面積の向上, (2) 不純物ドープ効果の明確化を実施しており、(3) 理論計算の実施による光学的性質の解析, (4) 材料複合化による光酸化分解能の向上について検討を進めている。固相反応法と比較して、錯体重合法ではBiVO4の微粒子化し、異種元素を添加するとさらに微粒子化が進行する。異種元素の添加は、可視光照射下における有機物酸化分解活性の改善にも有効であることを確認した。

Strategy for Future Research Activity

(理由)
平成29年度は、27, 28年度までの研究成果をさらに発展させるために、Bi系複合酸化物に添加する異種元素の探索,機器分析や第一原理バンド計算による異種元素の役割の明確化,材料複合化による光触媒活性の改善に取り組む。
(次年度使用額が生じた理由と使用計画)
研究計画の変更及び研究を遂行する上において大きな問題点は、生じていない。

Causes of Carryover

研究成果の公表において、学会発表よりも論文投稿を優先して学会参加を延期したため。また、共同研究者(園田氏)が育児休暇を取得したため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

試薬等の消耗品代として使用予定。

  • Research Products

    (13 results)

All 2017 2016

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (7 results)

  • [Journal Article] First-principles study on LaYbO3 as the localized f electrons containing system with MBJ-LDA + U approach2017

    • Author(s)
      Y. Obukuro, K. Ninomiya, M. Arai, Y. Okuyama, G. Sakai, S. Matsushima
    • Journal Title

      Comput. Mater. Sci.

      Volume: 126 Pages: 7-11

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2016.09.005

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Growth of p-type ZnOS films by pulsed laser deposition2017

    • Author(s)
      K. Kobayashi, T. Ohtsuki, Y. Tomita, Y. Kohno, Y. Maeda, S. Matsushima
    • Journal Title

      J. Cryst. Growth

      Volume: 457 Pages: 289-293

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.06.029

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CO2 sensing properties of Zr-added porous CaFe2O4 powder2016

    • Author(s)
      K. Obata, K. Mizuta, Y. Obukuro, G. Sakai, H. Hagiwara, T. Ishihara, S. Matsushima
    • Journal Title

      Sensors and Materials

      Volume: 28 Pages: 1157-1164

    • DOI

      http://dx.doi.org/10.18494/SAM.2016.1277

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Micronizing of MgFe2O4 particles by Si addition2016

    • Author(s)
      A. Doi, M. Nishibori, K. Obata, T. Suzuki, K. Shimanoe, S. Matsushima
    • Journal Title

      J. Ceram. Soc. Japan

      Volume: 124 Pages: 777-780

    • DOI

      http://doi.org/10.2109/jcersj2.16042

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 高比表面積を持つビスマス系及びフェライト系複合酸化物の調製2016

    • Author(s)
      松嶋茂憲, 小畑賢次
    • Journal Title

      Bulletin of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 51 Pages: 305-309

  • [Journal Article] First-Principles Calculation Study of Epitaxial Graphene Layer on 4H-SiC (0001) Surface2016

    • Author(s)
      J. Ishii, S. Matsushima, H. Nakamura, T. Ikari, M. Naitoh
    • Journal Title

      Surf. Sci. Nanotech.

      Volume: 14 Pages: 107-112

    • DOI

      http://doi.org/10.1380/ejssnt.2016.107

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] アルカリ土類フェライトのCO2ガス検知特性における異種元素の添加効果2017

    • Author(s)
      小畑賢次, 水田圭祐, 松嶋茂憲
    • Organizer
      第61回化学センサ研究発表会(電気化学会第84回大会)
    • Place of Presentation
      首都大学東京(神奈川県八王子市)
    • Year and Date
      2017-03-25 – 2017-03-27
  • [Presentation] AMgVO4 (A = Cu, Ag) に関する第一原理エネルギーバンド計算2017

    • Author(s)
      我毛智哉, 猪原由香, 植田泰平, 小畑賢次, 新井正男, 松嶋茂憲
    • Organizer
      電気化学会第84回大会
    • Place of Presentation
      首都大学東京(神奈川県八王子市)
    • Year and Date
      2017-03-25 – 2017-03-27
  • [Presentation] メソ細孔を持つZr-added CaFe2O4によるCO2ガス検知2016

    • Author(s)
      水田圭祐, 小畑賢次, 小袋由貴, 酒井剛, 萩原英久, 石原達己, 松嶋茂憲
    • Organizer
      第6回 CSJ化学フェスタ2016
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都江戸川区)
    • Year and Date
      2016-11-14 – 2016-11-16
  • [Presentation] 貴金属酸化物に関する第一原理バンド計算2016

    • Author(s)
      我毛智哉, 松嶋茂憲, 新井正男
    • Organizer
      平成28 年度 セラミックス協会九州支部秋季合同研究発表会
    • Place of Presentation
      長崎大学(長崎県長崎市)
    • Year and Date
      2016-11-04
  • [Presentation] MgFe2O4におけるLaの導入効果2016

    • Author(s)
      平野達也, 土居茜, 小畑賢次, 鈴木拓, 西堀麻衣子, 島ノ江憲剛, 松嶋茂憲
    • Organizer
      第53回化学関連支部合同九州大会
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場(福岡県北九州市)
    • Year and Date
      2016-07-02
  • [Presentation] Tran-Blaha 交換ポテンシャルを用いたBa3Ta6Si4O26に関する第一原理バンド計算2016

    • Author(s)
      我毛智哉, 二宮翔, 中村裕之, 新井正男, 松嶋茂憲
    • Organizer
      第53回化学関連支部合同九州大会
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場(福岡県北九州市)
    • Year and Date
      2016-07-02
  • [Presentation] Tran-Blaha 交換ポテンシャルを用いたSr2FeNbO6に関する第一原理バンド計算2016

    • Author(s)
      二宮翔, 小袋由貴, 中村裕之, 新井正男, 松嶋茂憲
    • Organizer
      第53回化学関連支部合同九州大会
    • Place of Presentation
      北九州国際会議場(福岡県北九州市)
    • Year and Date
      2016-07-02

URL: 

Published: 2018-01-16  

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