2019 Fiscal Year Research-status Report
可視光応答型ダブルペロブスカイト半導体薄膜の高機能化と光触媒物性の解明
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19K04995
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
松川 倫明 岩手大学, 理工学部, 教授 (40221585)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
谷口 晴香 岩手大学, 理工学部, 助教 (60735877)
西館 数芽 岩手大学, 理工学部, 教授 (90250638)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 可視光応答光触媒 / ダブルペロブスカイト酸化物 / サイトレイト法 / バンドギャップ / 電荷分離 / 電子ホール再結合 / 第一原理計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホンダ・フジシマ効果を基礎として開発された光触媒技術は，有害化学物質の分解などの環境浄化や水分解などの持続可能な次世代のエネルギー技術として期待されている。本研究では，酸化チタンに代わる新規な光触媒物質として有望な可視光応答型ダブルペロブスカイト型酸化物半導体を創製し，その基礎物性を調査し，f電子の価数揺動と関連する異常な光触媒特性の機構解明を目的とする。
2019年度は、Ba2PrBiO6母物質のBiサイトを元素置換した良質な粉末試料をサイトレイト法により作製し，結晶構造評価，磁気特性，電子状態，光学特性及び光触媒特性の評価を実行した。さらに第一原理計算により当該物質の結晶構造から電子構造を推定し，元素置換によるバンドギャップ制御，混合原子価型元素のキャリア再結合抑制効果および試料作製プロセスに依存する結晶粒の組織制御の３つの観点から光触媒特性の高機能化の条件を解明した。
１．サイトレイト法作製により均一で微細な結晶粒を合成することが可能となった。特に結晶粒の微細化により比表面積が向上した。Sbの置換量に対する相図を作成し、低置換で単斜晶構造、極端ドープで菱面体構造、中間ドープ域で相分離状態をとることが分かった。
２．磁気特性からPrイオンは3価と4価の価数共存状態をとり、XPSの結果とも一致する。また、この共存状態が電子とホールの再結合を抑制する電荷分離状態と密接に関係することを説明できるバンドモデルを提案した。
３．ガスクロやメチレンブルー分解の実験より、可視光応答型の光触媒効果を実証し、特に高い触媒効果は試料作製プロセス、価数共存状態及びバンドギャップに密接に関係することが分かった。
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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
サイトレイト法作製により均一で微細な光触媒用結晶粒を合成することが可能となり、固相反応で作成した試料に比べ２倍以上高い触媒特性を示すことが分かった。また、
Prイオンは3価と4価の価数共存状態をとり、この共存状態が電子とホールの再結合を抑制する電荷分離状態と密接に関係することをバンドモデルにより解明した。
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| Strategy for Future Research Activity |
Ba2PrBiO6母物質のBiサイトを元素置換し,母物質の組成を制御した磁場配向薄膜試料を作製し，構造評価，磁気特性，電子状態、光学特性及び光触媒特性の評価を行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナの感染拡大の影響で、学会が中止になり旅費が執行できなかった
一部計画を変更して、消耗品の購入に充当する予定である。
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Research Products
(8 results)
