2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of Fluorochromic Inorganic Materials and Their Application to Fluorescence Sensing Systems
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20K05670
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
藤原 忍 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (60276417)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 蛍光体 / 希土類元素 / フルオロクロミズム / 光物性 / 表面科学 / イメージング / 化学センサ / 蛍光センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
希土類元素を賦活した無機蛍光体材料におけるフルオロクロミズムの発現に関する研究を、前年度に引き続き、材料設計とプロセス構築の双方の立場から多角的に進めた。以下に詳細を述べる。
Y2WO6:Eu3+では薄膜型水素ガスセンサへの応用を目指し、前年度に成功した多孔質で蛍光強度の高い薄膜のゾル－ゲル合成を受けて、低温での水素ガス応答性の向上に向けて白金ナノ粒子触媒を担持する手法を考案した。その結果、150℃程度の温度で十分に応答性の高い蛍光薄膜を得ることができた。
MOFの熱分解により合成した多孔質なGd2O3:Eu3+粒子では、新たに水溶液中の銅イオンに応答して消光する現象を見出した。塩化銅、硝酸銅、硫酸銅水溶液を用いて比較検討した結果、いずれの場合も良好な応答性を示し、さらに消光の度合いが水溶液濃度にも依存する定量的な結果も得られた。また、銅イオンの存在状態について、多孔質粒子の細孔内にそれぞれの対アニオンとともに取り込まれていることが元素分析および分光法による解析で示唆された。
ペロブスカイト型のBaCeO3:Eu3+およびCaTiO3:Pr3+については、これらの酸化還元応答性を調べるために液相法を用いて微細構造を制御した試料を合成した。BaCeO3:Eu3+ではL(+)-アスコルビン酸水溶液で還元処理すると消光することがわかったが、その原因が酸による表面溶解である可能性が示唆されたため、今後は非酸性の還元剤を用いた検討を進めていく。CaTiO3:Pr3+では多孔質球状マイクロ粒子の合成を目指して、チタンアルコキシドの加水分解と水熱反応を組み合わせた新たな手法を採用した。結果として多孔質粒子の合成に成功したので、今後はその酸化還元応答性を詳細に調べていく予定である。
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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
本研究では、フルオロクロミック無機蛍光体の開発に向けた研究を3年間を通して、(1)無機蛍光体と外部環境との相互作用機構の設計とフルオロクロミズムの発現、(2)良好なフルオロクロミズムを示す無機蛍光体の微細構造とプロセッシング、(3)フルオロクロミズムに基づくセンシング・イメージングを実現するデバイスの創製の3点に基づいて綿密な計画を立てて実施している。
初年度では従来から継続的に調査を進めてきた6種類と新規な1種類の母体結晶を用いた無機蛍光体材料について、材料設計と合成実験を順調に進めることができたので、2年目となる今年度はその中から有望な材料に対象を絞って、新規合成法の開拓と新規微細構造の実現を目指した。その結果、低温での水素還元応答性や水溶液中の銅イオンセンシングなど、より実用的応用に近づけた材料づくりを行うことができた。以上のように、当初計画の通り、(1)と(2)に関する研究が着実に(3)へとつながる結果となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究期間の最終年となる令和4年度は、引き続き微細構造を高度に制御した無機蛍光体粒子の合成とフルオロクロミズムの発現に関する研究を進めるとともに、新たに電気化学的な応答性の付与についての基礎研究を行う。具体的には、白金担持Y2WO6:Eu3+薄膜の膜厚制御と更なる多孔質化、比表面積の大きなBaCeO3:Eu3+ナノキューブの合成、多孔質Gd2O3:Eu3+粒子の微細構造最適化、CaTiO3:Pr3+球状マイクロ粒子の粒径および細孔径の制御により、それぞれ高いフルオロクロミック応答性を追求する。さらに新たなタングステン酸系母体と酸化セリウム系母体を用いて、電気化学的な酸化還元による母体の価数制御と応答性の発現に注力していく。また、フルオロクロミズムに基づくセンシング・イメージングを実現するデバイスの創製のために、それぞれのフルオロクロミック無機蛍光体に対して、化学的耐久性や長期安定性などを調査し、有機物質に対する無機物質のアドバンテージを最大限に活かした光化学素子を提案していく。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症拡大のため、令和3年度も研究室への入室制限が続き、研究活動もフル稼働とは言えず年間を通して物品の購入が少なかった。また、参加した国際会議も、カナダへの渡航費用を見込んでいたがオンライン開催となったため旅費の使用ができなかった。令和4年度は、研究室への入室制限が撤廃されて通常の研究活動が行えるようになるため、最終年度としての研究を、必要な物品を購入しながら精力的に進める。
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Research Products
(12 results)
