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導電性ポリマー膜/酸化チタン接合を用いた空中窒素固定

研究課題

研究課題/領域番号 13640590
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 物質変換
研究機関千葉大学

研究代表者

星野 勝義  千葉大学, 工学部, 助教授 (50192737)

研究期間 (年度) 2001 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,900千円)
2002年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2001年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
キーワード窒素固定 / 酸化チタン / 導電性ポリマー / 有機無機複合材料 / 半導体 / 電気化学 / 固体光触媒反応 / 物質変換 / Material Conversion
研究概要

本研究は、光エネルギーを駆動力とし、常温常圧下で作動する全く新しい空中窒素固定化プロセス・システムに関するものである。導電性ポリマーと酸化チタンからなる有機/無機複合接合に光照射を行うと、複合半導体内で化学反応が生じ、空中窒素と水分から最終的にアンモニア態生成物が得られるというものである。しかしながら、生成物の一つが過塩素酸アンモニウムであることがわかっているだけで、その機構論的検討は行われていなかった。本研究では、その窒素固定の生成物を同定し、反応機構に関する知見を得ることを目的とした。
まず、反応の生成物を同定する目的で、窒素固定反応後の導電性ポリマー層および酸化チタン層の元素分析をXPS(X線光電子分光分析)を行った。その結果、窒素固定化生成物は、過塩素酸アンモニウムだけではなくアンモニアも生成していることが判明した。また、上記2つのアンモニア態生成物の絶対量の化学分析とEDX(エネルギー分散型X線解析)による膜分析を併用した検討を行ったところ、有機/無機接合界面でのアンモニア生成と導電性ポリマーバルクでの過塩素酸アンモニウムへの物質変換の組み合わせで窒素固定反応が進行していることが示唆された。また、窒素固定反応の湿度依存性の検討や、導電性ポリマー以外の通常ポリマーを用いた実験結果から、アンモニア生成には水分子が関与していること、および導電性ポリマーが持つ固有の化学活性種(ポーラロン・バイポーラロン)が固定化反応に寄与していることがわかった。以上の結果から、本窒素固定化反応を説明できる反応式群を4組提唱し、そのいずれかの組、あるいはそれらの組み合わせで本窒素固定化反応が進行していることを提示できた。
今後はここで得た結果を基に窒素固定化システム・プロセスの高効率化を検討し、材料面から実用デバイスへの応用に展開していく予定である。

報告書

(3件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (8件)

  • [文献書誌] 星野 勝義: "有機/無機半導体接合を用いた空中窒素固定"触媒. 44. 323-327 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tomohisa Ogawa: "Visible-Light Sensitive, Highly-Reactive, and Long-Standing Nitrogen Fixation under Ordinary Pressure and Temperature"Journal of Physical Chemistry B. (印刷中).

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 星野 勝義(共著): "無機/高分子ナノ界面制御"高分子学会. 36 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Katsuyoshi Hoshino: "Dinitrogen Fixation Using Organic/Inorganic Hybrid Junctions"Catalysts & Catalysis. 44-5. 323-327 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Tomohisa Ogawa: "Visible-Light Sensitive, Highly-Reactive, and Long-Standing Nitrogen Fixation under Ordinary Pressure and Temperature"Journal of Physical Chemistry B. in press.

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Katsuyoshi Hoshino: "Improvement in Organics/Inorganics Junction Interfaces , Control of Inorganics/Polymers Nano-Interfaces"the Society of Polymer Science. 36 (2003)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 星野 勝義: "有機/無機半導体接合を用いた空中窒素固定"触媒. 44・5. 323-327 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 星野 勝義 (共著): "無機/高分子ナノ界面制御"高分子学会. 36 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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