2018 Fiscal Year Annual Research Report
Optimization of properties of metal oxynitrides by controlling their stoichiometry
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18H02059
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
森賀 俊広 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (90239640)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 浩一 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (20284317)
大石 昌嗣 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (30593587)
村井 啓一郎 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (60335784)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 酸窒化物 / 非化学量論 / 負極材料 / 蛍光体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒素は酸素に比べ形式負電荷が大きく、酸素の一部を窒素に置換できればLiイオンを構造中に多く含有することができる。そこで本研究では、酸化物前駆体に窒素を固溶させることで得られる岩塩型Li-Ti系酸窒化物LiTinOxNy(LTON)に着目した。本研究ではTi/Li比を報告のある2.0から1.0まで減少させてLiリッチなLTONを合成した。XRDにおいてTi/Li比1.0ではわずかに酸化物の不純物ピークが出現したが、1.25から2.0では単一相が得られた。またXPS測定により、Ti/Li比が減少することでTiの平均原子価は上昇することが分かった。レート特性試験結果、Ti/Li比の減少に伴いレート特性の向上が確認された。放電容量も同様に増加しており、2.0では80 mAhg-1, 1.25では140 mAhg-1 であった。
また窒素は酸素ほど電気陰性度が大きくなく、酸窒化物中の金属との結合においては酸化物に比べ共有結合性が卓越してくるため、酸窒化物では熱安定性が向上すると考えられた。そこで本研究では、合成が容易であるが発光半値幅が比較的狭いBa3Si6O12N2と類似した構造を持つBaSi4O6N2を母体材料とした新規蛍光体の開発を試みた。合成の際、化学量論であるSi/Ba=4ではなくSi/Ba=6とSiを過剰に加えることで、これまで報告されている焼成条件よりも温和なH2 5%-N2 95%混合ガス気流中1200℃で焼成することにより単一相を得た。更に、X線Rietveld解析により結晶構造を決定したところ、報告されている結晶構造とよく似ているが、Ba2席の占有率が0%である構造として精密化できた。励起波長320nmで励起した場合、Eu2+をBa2+に対して1.0%賦活したBaSi4O6N2:Eu2+蛍光体の発光は400から600nmの幅広い波長領域に渡り、高演色性白色LED用蛍光体として優れた特性を示すことが明らかとなった。
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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
Li-Ti酸窒化物系リチウム電池負極材料およびBaSi4O6N2:Eu2+系白色LED用蛍光体の単一相の合成に成功し、それぞれの材料が有する新規で高い機能性について明らかにすることができた。それぞれの分野での国際会議論文を含む学会発表を完了し、現在学術論文執筆を行っているところであるため概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
液晶ディスプレイパネル等で需要が見込まれる、Tb3+で賦活すると近紫外線で励起可能で発光線幅がシャープな緑色蛍光体Y4SiAlO8N、あるいはこれをモデルとしたMn4+で賦活すると近紫外線（あるいは可視光）で励起可能で発光線幅がシャープな赤色蛍光体の探索の実施を行う。
また、可視光照射により水の完全分解を成し得る光触媒活性を有するTaONおよびTa3N5光触媒材料をベースとしたフォトニック結晶を作成し、（酸）窒化物で触媒活性低下の一因となるアニオン欠損での正孔・電子再結合の抑止効果が発現するかどうか検証を行う。
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