| 研究課題/領域番号 |
21K04913
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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30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
末廣 隆之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 電子・光機能材料研究センター, 主任研究員 (20421406)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2022年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2021年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | 窒化物 / 多元系化合物 / 光触媒 / 水分解 / 水素生成 / 蛍光体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究ではこれまでに合成事例のない、四元系以上の多元系ウルツァイトおよびその関連構造の新規窒化物を独自開発による還元窒化法を駆使して合成し、多角的な特性評価手法により化学組成、結晶構造、光学特性等の基本物性を明らかにする。従来にない高次多元化により可能となる配位環境の多様化や広範なバンドギャップエンジニアリングの実現により、可視光応答型光触媒や白色LED用蛍光体としての機能発現を目指す。
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| 研究実績の概要 |
研究初年度に新規五元系ウルツァイト窒化物Li1-xZnxGe2-xGaxN3を開発し、結晶構造解析、組成分析、および光学特性の測定等により基本物性を明らかにした。本系において約4.2 eV (300 nm)の紫外域から約3.0 eV (410 nm)の可視光域に至る広範なバンドギャップ制御が可能となることが示され、太陽光スペクトルへの応答性が期待出来る光学特性が達成されたことを確認した。
次年度からは、開発したLi1-xZnxGe2-xGaxN3を用いた水分解反応による水素生成および酸素生成のテストリアクションに着手し、太陽光スペクトル下における光触媒特性を検証した。従来にない高次多元化に基づく広範な組成制御の実現により、水素生成特性に優れるLiGe2N3への太陽光スペクトル応答性の付与と、ZnGeGaN3における高い酸素生成活性の維持がx=0.80の最適組成条件下で達成され、太陽光応答型水分解光触媒の新規開発に有望な結果が得られた。
本研究最終年度は、開発したLi1-xZnxGe2-xGaxN3の光触媒特性の最終評価として、最適組成であるx=0.80に関する耐久性の検証と量子効率の測定を実施した。x=0.80組成に対し犠牲試薬存在下で48時間に至る水素生成試験を行った結果、最終的な水素生成量は約1.68 mmolに達し、48時間測定後の外部量子効率は380 nm励起下において約2.1%であった。
本研究において粉末中性子回折およびX線回折データの解析により得られた、端組成のLiGe2N3およびx=0.90の五元系組成に関する新規結晶構造データはCambridge Crystallographic Data Center (CCDC)へのデポジットを完了するとともに、上記研究結果は本年Inorganic Chemistry誌上で公表が予定されている。
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