Conversion Reaction of Dissimilar Metal Oxides to Chalcogenide Alloy Nanosheets in Supercritical Hydrothermal Reductive Field

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K21103
• Project/Area Number (Other): 18H05937 (2018)
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund (2019); Single-year Grants (2018)
• Review Section: 0401:Materials engineering, chemical engineering, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Nakayasu Yuta 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (20827042)
• Project Period (FY): 2018-08-24 – 2020-03-31
• Keywords: 超臨界水 / 水熱還元 / TMDs / 水素発生

Outline of Final Research Achievements

The objective of this study is to achieve a rapid conversion reaction from chemically stable dissimilar metal oxides and solid chalcogen elements into chalcogenide alloy nanosheets under low temperature conditions by using a supercritical hydrothermal reduction field. In previous studies, supercritical hydrothermal synthesis is mainly used for the synthesis of metal oxides, and there are few bottom-up synthesis examples of metal chalcogenide nanosheets. By using a reducitive field, metal-chalcogenide nanosheets were synthesized in one-pot by causing reduction and sulfurization reactions of metal oxides and chalcogen elements with a higher oxidation number than the target product. Specifically, we succeeded in synthesizing Mo(S,Se)2 and (Mo,W)S2, and analyzed the mechanism of formation of MoS2 in supercritiacl hydrothermal condition.

Free Research Field

材料化学　化学工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

超臨界水熱還元場での材料合成例は僅少であり、金属酸化物から金属カルコゲナイドを合成している例もほぼ皆無である。本研究成果により、超臨界水熱還元場での金属カルコゲナイドナノシート合成が技術的に可能であることを示したとともに、その環境適合性やプロセス優位性を主張できたと考えられる。また、金属酸化物から金属カルコゲナイドナノシートの合成プロセスを分析したことは、今後の材料プロセス工学の発展のために意義がある。数十種類以上ある金属カルコゲナイドナノシートは多種多様なデバイス材料への応用が期待されており、社会的要請が強い材料であることから、当研究が示した成果は社会的にも意義があると言える。