Synthesis of pseudo-oxides with high-performance photocatalytic function

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19018
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Nishii Junji 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60357697)
• 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)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 光触媒 / 高圧合成 / 電気化学 / 疑似酸化物

Outline of Final Research Achievements

This study focused on pseudo-oxide (TiNF) expected to exhibit photocatalytic function under visible light. This material was proposed in 1976; however, it has not yet been synthesized. This study aims to realize the material by controlling ion diffusion: extracting Cl ions from and introducing F ions to TiNCl simultaneously. Firstly, we optimized the synthesis condition of the mother material (TiNCl) and clarified the relation between physical properties and the synthesis condition. In addition, a part of Cl ions was successfully substituted for F ions by the original synthesis technique, which can adjust pressure, treatment temperature, and voltage at the same time. Although further investigation is necessary to achieve TiNF, owing to the improvement of ion controlling technique via this research, a few other thermodynamically metastable materials were successfully synthesized.

Free Research Field

無機材料合成

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

TiO2は優れた光触媒として知られているが、活性を得るには紫外線の照射が必要である。一方、擬似酸化物(TiNF)は可視光だけで清浄環境を作り出す革新的光触媒材料となる可能性があり、TiNFが合成されれば、社会的な価値を見出すと期待される。本研究ではTiNCl中の全てのClをＦに交換することで、TiNFの実現を目指し、研究期間を通してClの一部をＦに置換することに成功した。TiNFの実現には更なる研究が必要であるが、このようなイオンの拡散を制御する合成技術は、通常の加熱処理だけでは実現し得ない準安定な物質を数多く実現するものであり、この技術の発展は学術的にも大きな意義がある。