2022 Fiscal Year Annual Research Report
Optimization of properties of metal oxynitrides by controlling their stoichiometry
| Project/Area Number |
18H02059
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokushima |
|---|
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)
|
|---|
| 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)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 酸窒化物 / 光触媒 / フォトニックバンドギャップ / 基礎吸収端 / ブルー端 / レッド端 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
金属酸窒化物光触媒は、窒素の2p軌道のエネルギー準位が酸素より高いため、可視光領域の光を利用できることが知られている。しかしアニオン欠陥が多く生成し、これが再結合サイトとなり、光触媒活性が低下する。
フォトニック結晶は、可視光線の波長程度の周期を持つ構造で、光を照射するとフォトニックバンドギャップ（PBG）を形成し、PBGでは光の伝搬が禁止されるが、PBGの両端ではスローフォトン効果が発生する。光触媒の吸収端をPBGの端に合わせることで、スローフォトン効果により光吸収を向上させることができる。PBGの短波長側（ブルー端）は、PBGによる光吸収を阻害しない利点があるが、スローフォトン効果を受けた光は低誘電率材料に局在化しやすい傾向がある。一方、長波長側（レッド端）では、スローフォトン効果の影響を受けた光が高誘電体に局在する利点があるが、PBGによる光吸収が阻害される場合がある。
本研究では、粒径の異なるPMMAコロイド結晶テンプレートを用い、このテンプレートに金属酸窒化物前駆体を流し込み、乾燥、焼成、窒化条件を制御することで、細孔径の異なる逆オパール（IO）型β-TaON光触媒粉末を作製した。今回合成したIO β-TaON粉末は、UV-visによりPBG波長位置を測定することに成功した。また、PBG、ブルー端、レッド端がTaON光触媒の吸収端と一致する試料を用いて、水素発生量を比較した。
合成したIO TaON粉末は、PBGの波長位置を測定するのに十分な高次構造を有していた。フォトニック結晶の水素生成効果を比較すると、吸収端がブルー端に一致するTaONは、吸収端がレッド端に一致するTaONよりわずかに活性が高いことがわかった。しかし、吸収端とPBGが一致したTaONは、光吸収阻害効果により活性が大きく低下していた。
|
| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
