| 研究課題/領域番号 |
19H02174
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
野田 啓 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30372569)
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| 研究分担者 |
伊藤 彰浩 三重大学, 工学研究科, 教授 (90293901)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2019年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
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| キーワード | 二次元窒化炭素 / ナノ材料 / 光エネルギー変換 / エネルギー変換 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
二次元窒化炭素の幾何学的な形状制御及び薄膜成長に適した前駆体分子を量子化学的な観点から新規に設計、合成し、それらを使用した気相成長による二次元窒化炭素構造体の薄膜形成を実施する。作製する試料の構造・物性評価を通じて、高効率な光吸収と電荷分離機構を有する窒化炭素薄膜の作製条件を探索し、分子構造及び薄膜構造の制御に関する指針を得る。本研究での成果を基に、貴金属助触媒フリーな人工光合成（太陽光水素生成や二酸化炭素光還元）の実現と光応答型膜反応器への応用を目指す。
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| 研究成果の概要 |
まず、窒素含有量の多い新しい窒化炭素（C3N5）の合成に取り組んだ結果、従来の材料よりも優れた可視光応答性を示した。また、酸化タングステン（WO3）ナノロッドとC3N5の複合体を形成することで、水分解水素生成の性能が飛躍的に向上し、WO3とC3N5との界面におけるZ-スキーム反応機構が寄与することを示した。
さらに、比表面積の大きい酸化チタン（TiO2）ナノチューブアレイ表面に対し、熱化学気相成長（CVD）法を用いて二次元窒化炭素を均一に堆積させることに成功した。その結果として、紫外可視光照射に伴う水素生成量が大きく増大し、光応答型膜反応器の構築に向けて、熱CVD法が有効であることが示された。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
近年、ワイドギャップ半導体材料を用いた人工光合成（太陽光水素生成や二酸化炭素光還元）の研究開発が世界各地で活発に展開されている。本研究では、高分子半導体でもあり、炭素と窒素のみから成る金属フリーな窒化炭素材料を活用して、その薄膜形成技術や人工光合成反応に関する新しい知見を得るとともに、高機能光応答膜反応器の実現に向けた有益な成果を得ることができた。これらの成果は太陽エネルギーの有効利用やCO2削減等に寄与し得る、社会的に意義のあるものと言える。
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