| 研究課題/領域番号 |
22K04811
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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27010:移動現象および単位操作関連
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| 研究機関 | 九州大学 (2023)
久留米工業高等専門学校 (2022) |
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研究代表者 |
奥山 哲也 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (40270368)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | ZnO / 巨大ナノシート化 / 水熱合成 / 電子線トモグラフィ / 圧縮センシング画像再構成法 / キャッピング剤 / 光触媒性能 / 結晶成長抑制 / ナノシート集合体 / ナノ構造 / 液体合成 / 電子顕微鏡 / 触媒 / 分子センシング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では単結晶金属酸化物ナノ粒子の表面へ独自技術の結晶成長軸制御と分子表面修飾を応用し、
①ナノ時空間での成長軸制御による成長単位操作
②標的ガス分子の検知を可能とする活性面上への修飾分子（分子指紋）付与と機能化
の２つの機能を融合したナノスケール超空間でのアーキテクトニクスシートの創成と標的ガス分子の検知デバイスへ向けたセンシング基盤研究を行う。
本課題では結晶軸成長を制御した形態メカニズムや標的ガス分子の検知能力を高めたシート表面上での分子指紋種を明確化し、高感度な分子検知性能を有したアーキテクトニクス分子センシングシートを実現し、次世代エレクトロニクスデバイス基盤を支える素材開発研究を行う。
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| 研究実績の概要 |
酸化亜鉛 (ZnO) は高い化学的安定性と多彩な機能特性を有する金属酸化物材料であり、太陽電池やガスセンサ、光触媒材料などに応用されている。
ZnOの極性面（0001）のうちZnを露出した結晶面では、特定の有機物質の光分解を促進するため、粒子形態制御法の一つとして分子添加剤を用いたキャッピングによる手法を用いて<0001>軸（c軸）方向への結晶成長の抑制と{1-100}面（m面）への生長を促進する合成法の確立と、巨大比表面積を有するとともに光触媒活性に有効な極性面{0001}面を露出した材料を得るナノシートの合成に取り組んでいる。
令和5年度度ではタングステン（W）を溶解させた液中において正に帯電した（0001）- Zn面上にWO4^(2-)イオンが表面修飾することに着目し、合成条件次第では二次元マイクロ構造が得られるとともに、添加したWがZnO構造中のZnサイトに置換し、不純物準位を形成するのではないかという想定から、光触媒特性の向上につながると考え合成に取組んだ。特にZnO極性面（0001）広がりとシート厚みが触媒活性に重要となるため、まずは合成後の二次元構造体の詳細情報を取得する、透過型電子顕微鏡法の一つである電子線トモグラフィに着目し、微細構造体の三次元構造の画像取得と、その画像を明瞭に取得するための画像解析法確立について検討を行った。その結果、ナノシート構造体の3次元情報を電子線トモグラフィと使って画像取得した際、構造体の深さ方向の解析を細部にわたって実施するためには圧縮センシング画像再構成（ISER）法が最も適していることが判明した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
ZnOナノ粒子形態の3次元情報を透過型電子顕微鏡の電子線トモグラフィの圧縮センシング画像再構成法を使って解析可能であることを示すことができた。この結果は巨大ナノシート化を目指す上でシート情報を詳細に得る手法を確立できた点において順調に進展している成果である。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度の水熱合成法によるZnOナノシート構造体の実験手法、かつ分子キャッピングを用いたZnOナノシート構造体の形態制御を可能とした実験手法の確立に加え、令和5年度では構造体の3次元微細構造について電子線トモグラフィを用いた画像解析法の最適化を実施し、厚み方向の情報を得ることに成功した。最終年度はこれらの成果をもとに、W添加ZnOナノシート構造体の合成法確立と触媒活性の調査を実施する。特に、高機能性に優れる巨大ナノシート化へチャレンジする。
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