2022 Fiscal Year Annual Research Report
Thin film formation of two-dimensional carbon nitride structure based on precisely-designed precursors and its application toward photoactive membrane reactors
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19H02174
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
野田 啓 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30372569)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 彰浩 三重大学, 工学研究科, 教授 (90293901)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 二次元窒化炭素 / ナノ材料 / 光エネルギー変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
様々な窒素含有量を有するレドックス活性な窒化炭素構造体の開発を目的として、拡張π共役系有機分子ユニットを導入した窒素リッチな新規前駆体の合成検討を引き続き行った。今年度は、s-テトラジンを主骨格とし、レドックス中心として芳香族アミンを組み込んだ形の前駆体分子系の開発を実施した。s-テトラジンの3位、6位の位置に選択的に芳香族アミンを導入することに成功した。これらの開発分子系は一般的な有機溶剤に可溶であり、レドックス反応に伴い発生した電荷/スピンが分子全体に非局在化することを示唆する結果が得られた。対称型イミダゾール置換s-テトラジン誘導体を前駆体分子系として利用することで、新規な構造を有する窒素リッチな二次元窒化炭素材料作製の可能性を拡げることができた。
一方、トリエタノールアミンを犠牲剤とした可視光応答水分解水素生成において、C3N5の粉末試料がg-C3N4よりも優れた水素生成能を示し、さらに酸化タングステン（WO3）ナノロッドとC3N5の複合体を形成することで、水素生成速度が大きく増大した。その光触媒反応過程においてWO3とC3N5との界面におけるZ-スキーム反応機構が寄与することを間接的に示した。加えて、薄膜化が困難であったC3N5の膜状試料を導電性基板上に作製し、ケルビンプローブ原子間力顕微鏡を用いた光照射下での表面電位像観察を行ったところ、C3N5における電子正孔対の生成とそれらの分離が生じていることを示唆する結果が観測された。
また、酸化チタン（TiO2）ナノチューブアレイ表面に対し、熱化学気相成長（CVD）法を用いてg-C3N4を均一に堆積させることで、紫外可視光照射に伴う水素生成量が増大した。熱CVDを用いることで、比表面積の大きい基板表面に対しても窒化炭素のコンフォーマルな堆積が可能であり、光応答型膜反応器の構築に向けて、熱CVDが有効であることが示された。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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