| 研究課題/領域番号 |
20H00295
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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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 |
中区分26:材料工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
渡辺 精一 北海道大学, 工学研究院, 教授 (60241353)
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| 研究分担者 |
JEEM MELBERT 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (00815805)
柴山 環樹 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10241564)
岡本 一将 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (10437353)
張 麗華 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (60719714)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 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 |
45,500千円 (直接経費: 35,000千円、間接経費: 10,500千円)
2022年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2021年度: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円)
2020年度: 23,140千円 (直接経費: 17,800千円、間接経費: 5,340千円)
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| キーワード | 水中結晶光合成 / 光ガルバニック効果 / 光化学反応 / ヘテロナノ構造 / 光電気化学 / 水中ラジカル / 太陽光全利用 / 太陽光全スペクトル利用 / 水ラジカル / 3Dナノ構造 / 太陽光利用 / ガルバニック水中結晶光合成 / 光化学 / 活性酸素種 / ガルバニック効果 / 光冶金学 / ラジカルメタラジー / 太陽光利用技術開発 / 光材料科学 / 光水ラジカル反応 / 光化学・光物性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
申請者らは、常温、常圧、中性水中で、金属表面への可視光域から紫外域の光照射により、光誘起水分解を伴いながら特異な突起状金属酸化物のナノ結晶が成長することを見出し、水中結晶光合成と命名した。現在 、この新奇現象を利用した様々な金属酸化物のナノ粒子、ナノ表面構造を水と光のみで創るグリーンマテリアル研究開発を進めてきているが、本研究では、異種金属同士を直接接触させるガルバニック効果を伴う光誘起の水中結晶生成の学理を光物性学と光化学・光電気化学とを融合するフォトメタラジー（光冶金学）の観点から明らかにし、ナノ構造化に伴う高効率な光・電子変換機能性を示す新奇の３次元ヘテロナノ構造体デバイスの作製を行う。
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| 研究成果の概要 |
水と光のみを用いる水中結晶光合成により、常温、大気圧、不純物無、さらに中性の水環境条件においても、金属原料からの酸化物ナノ構造体を一括作製可能にする手法の確立を目指し、将来の太陽光利用によるグリーンサステイナブルな材料生産を目的とした。本手法は水のみを用いるため、酸化物と水素しか生成しない、究極的、独創的な新グリーン材料創製手法である水中結晶光合成をさらに発展させ、ガルバニック効果を付与した水中結晶光合成（Galvanic-SPSC)の学理構築をまずは行った。さらに、それに基づく半導体ヘテロ接合機能の特徴を生かした多機能で高効率な光・電子変換機能性を有する３次元ヘテロナノ構造体創製を行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
光物性、光化学・光電気化学を合わせたフォトメタラジー（光冶金学）と呼ぶべき新たな金属学とエネルギー学の融合研究としての材料科学の新学域創成が期待できる。将来、グリーンテクノロジーとしての光冶金学がもたらす学術的、社会的貢献性の観点からも、本研究の意義は大きく、新たな光メッキ法や光エネルギー変換工学分野への波及性が期待できる。本研究で作製する３次元ヘテロナノ構造体は、今後ナノ構造化による高い光応答性を利用した光触媒・水分解のフォトカソード電極あるいは光・電子変換デバイスとしての利用が可能である。
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