2022 Fiscal Year Annual Research Report
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21K19018
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
西井 準治 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60357697)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
藤岡 正弥 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (40637740)
田中 将嗣 九州工業大学, 大学院工学研究院, 准教授 (90597650)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | 光触媒 / 高圧合成 / 電気化学 / 疑似酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
擬似酸化物は、窒化物イオン(N3－: 1.46Å)とフッ化物イオン(F－: 1.33Å)の平均イオン半径および平均価数が、酸化物イオン(O2－: 1.40 Å)とほぼ等しいため、窒化物イオンとフッ化物イオンを等量混合した複合アニオン化合物が、酸化物と類似の基本構造や機能発現が実現するという考えから生まれた。特にTiNFは優れた光触媒となることが第一原理計算から期待される。
本研究は既存化合物である層状化合物TiNClを一旦合成し、固体間で塩化物イオンとフッ化物イオンの同時拡散を利用した置換操作により、疑似酸化物TiNFの合成を推進するものである。
TiNClはアンモニアを反応場とした特殊な合成手法により初めて合成可能であり、本研究プロジェクトを通して、良質なTiNClの合成プロセスを確立することに成功した。さらに、TiNFを実現するためには、外部からの酸素流入による酸化を防ぎ、塩化物イオンとフッ化物イオンが高効率に拡散する環境を用意する必要がある。本研究では高圧印加技術と拡散制御技術を融合した高圧拡散制御法を開発し、この技術の知見を深めた。これにより、TiNClに一部のフッ化物イオンを導入することに成功した。一方で、Clサイトをフッ化物イオンに全置換するためには、更なる合成条件の調整が必要である。
一方、固体中でのイオン制御は一般に体積の変化をもたらすため、イオンの移動に伴い生じる結晶粒子間のひずみやクラックが、結果的にイオン間の拡散反応を抑制してしまうことになる。本研究を経て開発された高圧拡散制御法は、常に一定圧力を印加し、良好な粒子界面を保持しながら、化合物中の弱結合イオン種を異方的に拡散することが可能である。これらにより、イオン導入・除去・交換が高効率に促進できるため、本研究を経て種々の準安定物質を合成することに成功した。
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[Journal Article] Intercalation on Transition Metal Trichalcogenides via a Quasi-Amorphous Phase with 1D Order2023
Author(s)
M. Fujioka, M. Jeem, K. Sato, M. Tanaka, K. Morita, T. Shibuya, K. Takahashi, S. Iwasaki, A. Miura, M. Nagao, S. Demura, H. Sakata, M. Ono, H. Kaiju and J. Nishii
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Journal Title
Advanced Functional Materials
Volume: 33
Pages: 2208702
DOI
Peer Reviewed
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