2020 Fiscal Year Research-status Report
水熱合成酸化物への過剰水酸基導入よる特異結晶の創製
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19K05653
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
稲田 幹 九州大学, 中央分析センター(筑紫地区), 准教授 (40624979)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 水熱合成 / 水酸基化学 / 特異結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では水熱合成酸化物中の過剰なOH基が特異結晶の生成を促す可能性に着目し、OH基による結晶生成制御、すなわち、ヒドロキシエンジニアリングという新規分野の確立を目指す。
本年度は水熱合成により得られたTiO2について、前年度のBaTiO3と同様にXRD、SEM、ダイナミックTG、in-situ FTIRを用いて構造解析を行い、生成物中のOH基と生成相の関係について検討を行った。TiOCl2の自己加水分解では、反応初期にアナターゼ相を示す含水酸化チタンTiO(OH)2が生成し、溶解・再析出を経てルチルの結晶成長が起きることをすでに報告しているが、本研究では、それを詳細な構造解析により証明した。つまり、準安定的にOHを結晶に組み込んだアナターゼ相が生成し、それが安定相であるルチルに結晶成長するオストワルドの段階則に沿った機構で反応が進行しており、前年度のBaTiO3と同様の結果が得られた。
現在、SrTiO3についても同様の検討を行っている。BaTiO3系ではエチレングリコール添加系においてOH基含有の正方晶単結晶が生成したのに対し、SrTiO3系ではエチレングリコール添加効果は見られなかった。SrTiO3はBa系よりも核生成ならびに溶解・再析出反応が進みやすい傾向が見られ、OH基導入のコントロールができていないのが現状である。
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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
前年度のBaTiO3に引き続き、TiO2でもオストワルドの段階則に沿った結晶成長メカニズムを明らかにできた。SrTiO3にも着手したが、コロナ禍のため想定以上の研究進捗は難しかった。概ね当初計画通りに研究が進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
BaTiO3、TiO2の次のターゲットとして、SrTiO3について下記を検討する。
(I)OH基による結晶安定化の立証：BaTiO3、TiO2系で証明した手法を用い、SrTiO3系において準安定TiO2結晶相生成とOH基との関係について、実験的、計算科学的な結晶構造解析により証明する。
(II)意図的にOH基を導入するための指針散策：特異結晶の生成には水熱合成時の核生成と結晶成長の制御が重要である。BTO系において、グリコール添加とOH基導入、結晶成長の関係を明らかにし、OHドープ酸化物結晶の設計指針を得る。
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