| 研究課題/領域番号 |
19K05067
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26040:構造材料および機能材料関連
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| 研究機関 | 北九州工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
小畑 賢次 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (70370046)
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| 研究分担者 |
松嶋 茂憲 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 教授 (80229476)
水野 康平 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 教授 (80342583)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | 光触媒 / 光殺菌 / Bi系複合酸化物 / 可視光応答 / LED / パイロクロア型複合酸化物 / Bi2Ce2O7 / 黄色顔料 / 酸化チタン / Bi2Zr2O7 / Fe系複合酸化物 / Y2Ti2O7 / MgFe2O4 / Bi2O3 / 生体・医療・福祉材料 / LED応答 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
「照明成長戦略2020」に基づいて、公共施設におけるLED型照明（擬似白色LED, 以下LEDと略す）が普及しつつある。しかしながら、LED照射下の室内では可視光応答型光触媒の性能は甚だ不十分である。本研究では、高い酸化活性を有するBi系酸化物と高い還元電位を有するFe系酸化物をヘテロ接合することでZスキーム型光触媒を構成し、LED照射下で高い光殺菌活性を示す光触媒を開発することを目的とし、以下の項目を検討する。(1) Bi系酸化物のバンド構造制御と微細構造制御, (2) Fe系酸化物のナノ粒子化と微細構造制御, (3) Bi/Feヘテロ接合型光触媒による光触媒活性および光殺菌試験の実施
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| 研究実績の概要 |
本研究では、高い酸化活性を有するBi系酸化物と高い還元電位を有するFe系酸化物をヘテロ接合することでZスキーム型光触媒を構成し、LED照射下で高い光殺菌活性を示す光触媒を開発するものである。具体的には、①Bi系酸化物のバンド構造制御と微細構造制御、②Fe系酸化物のナノ粒子化と微細構造制御、③Bi/Feヘテロ接合型光触媒による光触媒活性および光殺菌試験の実施である。
令和４年度では、白色LED光源のメイン波長(465nm)を吸収する化合物として、パイロクロア型Bi2Ce2O7(BCO)系複合酸化物の合成及び吸収強度の向上に重点をおいて実施した。BCO系酸化物は、黄色性を示すだけでなく、有機化合物を酸化分解する光触媒として検討されている化合物である。この複合酸化物に異種元素（V, Ca, La元素）を添加することで、メイン波長の吸収強度の向上を目的とした。UV-vis測定から、BCOの光学的バンドギャップは、未添加、V単独添加、VとCa共添加、VとLa共添加ではそれぞれ2.41、2.54、2.57、2.53、2.58eVであった。L*a*b*表色系における色度座標の結果から、V単独添加系は未添加の試料よりもb*値が高く、VとCa及びVとLaの共添加系は添加量が多いほどb*値も高くなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
白色LED光源のメイン波長 465 nm で吸収を示すパイロクロア型Bi2Ce2O7系複合酸化物の合成を行った。V元素添加によるバンドギャップの狭窄化（禁制帯中に新たな不純物準位の形成）は確認されなかったが、メイン波長の吸収強度の増大には V 元素の添加が有効であった。さらに、CaやLaなどを添加することも吸収強度の増大には有効であることも確認された。これは、CaやLaを添加することで結晶格子を歪ませ、光励起を促進させていると思われる。また、コロナ感染拡大に伴い、学生の感染防止対策等の対応に業務時間の大半を費やし、研究時間を十分に確保することが難しい状況であり、外部の研究設備利用も制限されたため研究が遅れた。
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| 今後の研究の推進方策 |
（今後の推進方策）
令和4年度が最終年度であったが、上記の理由により、研究が大幅に遅れている。そのため、令和5年度も引き続き研究を行うこととした。令和5年度は、LEDのメイン波長吸収材（ホスト材料）として、ZrO2系酸化物を選択し、異種元素（主にV）を添加した試料を合成し、メイン波長の吸収特性の改善を図る。光触媒活性の評価もあわせて実施する。
（問題点及び対応策）
令和３年度から研究分担者（光殺菌能評価担当）が配置換えにより、部署異動となった。MB（メチレンブルー）色素や揮発性有機化合物（VOCs, イソプロパノール等）の光分解等の光触媒活性の評価を行う。
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