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複合アニオン交互積層体を用いたフォトン・アップコンバージョン膜

公募研究

研究領域複合アニオン化合物の創製と新機能
研究課題/領域番号 19H04691
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関新潟大学

研究代表者

由井 樹人  新潟大学, 自然科学系, 准教授 (50362281)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード複合アニオン / フォトン・アップコンバージョン / LDH / Layer-by-layer / 層状化合物 / 分子配列 / アップコンバージョン / layer by layer / 層状複水酸化物 / エネルギー移動
研究開始時の研究の概要

低エネルギーな長波長光を高エネルギーな短波長光へと変換するフォトン・アップコンバージョン(PUC)は、光エネルギー変換系のなどの要素技術として重要である。特に、三重項消滅機構によるPUCは、微弱な太陽光下でもPUC可能な技術であるが、原理上2回以上の拡散衝突過程を必要とするため、溶液では拡散が律速段階となってしまう。申請者は、無機層状化合物に色素を固定化することで、拡散の限界を超えた反応が生ずることを見出している。本研究では、複数のアニオン性色素をアニオン交換性の層状化合物LDHに交互積層した複合アニオン膜を作成するとともに、本膜を用いて拡散限界を超えたPUC系を構築することを目的としている。

研究実績の概要

低エネルギーな長波長光を高エネルギーな短波長光へと変換するフォトン・アップコンバージョン(PUC)は、太陽電池をはじめとする光エネルギー変換系のなどの要素技術として極めて重要である。特に三重項消滅機構(TTA)によるPUCは、微弱な太陽光下でもPUC可能な技術であるが、溶液中では2回以上の分子の拡散衝突過程を必要とするため効率向上に限界がある。申請者らは、無機層状化合物(clayなど)に色素を固定化することで、拡散の限界を超えた反応が生ずることを見出している。本研究では、複数のPUCアニオン性色素をアニオン交換性の層状化合物LDHに交互積層した複合アニオン膜を作成するとともに、本材料を用いた拡散限界を超えたPUC系を構築することを目的としている。また、我々が有する技術の拡張を目的に、研究者独自および領域内の研究者が有する材料群を用いた交互積層膜の合成および構造解析を行なった。本年度の主要な研究実績を列挙する。a) 光集約能の確認:PUC用色素とエネルギー受容色素とを交互積層し、エネルギー移動および光捕集特性を検討したところ、約50分子のPUC色素がエネルギー受容色素に光集約することを見出した。b) 異種ナノシートの交互積層:領域内共同研究として、さまざまな複合アニオンナノシートおよび低分子系色素との交互積層に挑戦し、多くの材料で光機能を有する複合膜を得ることに成功した。c) 交互積層膜の微細構造解析:領域内共同研究によりGISAXS法による種々のナノシート積層体の構造解析に成功した。d) ポリ酸/LDH複合体の光触媒特性:この複合体が光触媒特性を有することを明らかにした。e) 高性能PUC系:副次的な研究成果として、層状化合物とPUC用色素複合体が、PUC発光を示し、極めて低い閾値エネルギーを有していることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 5件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 2件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] University of Pennsylvania(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Photocatalytic Water Oxidation by Phosphotungstate and Mg-Al Layered Double Hydroxide Hybrid2022

    • 著者名/発表者名
      Miyoshi Akinobu、Shimoyama Yuto、Mogi Hiroto、Ubukata Hiroki、Hirayama Naoki、Tanaka Ayu、Arai Kenji、Morita Soichiro、Yui Tatsuto、Uchida Sayaka、Motohashi Teruki、Inaguma Yoshiyuki、Kageyama Hiroshi、Maeda Kazuhiko
    • 雑誌名

      Chemistry Letters

      巻: 51 号: 2 ページ: 107-110

    • DOI

      10.1246/cl.210621

    • NAID

      130008161605

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electrocatalytic water splitting with unprecedentedly low overpotentials by nickel sulfide nanowires stuffed into carbon nitride scabbards2021

    • 著者名/発表者名
      Zahran Zaki N.、Mohamed Eman A.、Tsubonouchi Yuta、Ishizaki Manabu、Togashi Takanari、Kurihara Masato、Saito Kenji、Yui Tatsuto、Yagi Masayuki
    • 雑誌名

      Energy & Environmental Science

      巻: 14 号: 10 ページ: 5358-5365

    • DOI

      10.1039/d1ee00509j

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mechanism of H <sup>+</sup> dissociation?induced O?O bond formation via intramolecular coupling of vicinal hydroxo ligands on low-valent Ru(III) centers2021

    • 著者名/発表者名
      Tanahashi Yuki、Takahashi Kosuke、Tsubonouchi Yuta、Nozawa Shunsuke、Adachi Shin-ichi、Hirahara Masanari、Mohamed Eman A.、Zahran Zaki N.、Saito Kenji、Yui Tatsuto、Yagi Masayuki
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 118 号: 52 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1073/pnas.2113910118

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] An artificial Z-scheme constructed from dye-sensitized metal oxide nanosheets for visible light-driven overall water splitting2020

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Oshima, Shunta Nishioka, Yuka Kikuchi, Shota Hirai, Kei-ichi Yanagisawa, Miharu Eguchi, Yugo Miseki, Toshiyuki Yokoi, Tatsuto Yui, Koji Kimoto, Kazuhiro Sayama, Osamu Ishitani, Thomas E. Mallouk, Kazuhiko Maeda
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 142 号: 18 ページ: 8412-8420

    • DOI

      10.1021/jacs.0c02053

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 二次元層空間を用いた金属ナノ粒子の合成2020

    • 著者名/発表者名
      由井樹人・斎藤翔太・池田隼人
    • 雑誌名

      化学工業

      巻: 71 ページ: 24-28

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 粘土および類縁体を用いたナノ粒子の合成と機能2019

    • 著者名/発表者名
      宮川雅矢,石田玉青,藤村卓也,由井樹人,吉岡大輔
    • 雑誌名

      粘土科学

      巻: 58 号: 1 ページ: 26-37

    • DOI

      10.11362/jcssjnendokagaku.58.1_26

    • NAID

      130007625031

    • ISSN
      0470-6455, 2186-3563
    • 年月日
      2019-03-30
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Facile and sustainable fabrication of transparent mesoporous IrOx films formed by nanoparticle assembly for efficient electrocatalytic water oxidation2019

    • 著者名/発表者名
      Chandra Debraj、Sato Tsubasa、Abe Naoto、Saito Kenji、Yui Tatsuto、Yagi Masayuki
    • 雑誌名

      Sustainable Energy & Fuels

      巻: 3 号: 12 ページ: 3489-3497

    • DOI

      10.1039/c9se00731h

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Critical Hammett Electron-Donating Ability of Substituent Groups for Efficient Water Oxidation Catalysis by Mononuclear Ruthenium Aquo Complexes2019

    • 著者名/発表者名
      Watabe Shunsuke、Tanahashi Yuki、Hirahara Masanari、Yamazaki Hirosato、Takahashi Kosuke、Mohamed Eman A.、Tsubonouchi Yuta、Zahran Zaki N.、Saito Kenji、Yui Tatsuto、Yagi Masayuki
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 58 号: 19 ページ: 12716-12723

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.9b01623

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 低次元表面での光反応促進現象2022

    • 著者名/発表者名
      由井樹人
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会 特別企画:
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] CO2の光資源化と人工光合成の研究動向2022

    • 著者名/発表者名
      由井樹人
    • 学会等名
      株式会社技術情報協会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 新たなインターカレーション手法の確立:層状半導体膜への錯体導入2022

    • 著者名/発表者名
      大石江・由井樹人
    • 学会等名
      新潟大学コアステーション 「ユビキタスグリーンケミカル エネルギー連携教育研究センター」第 12 回研究シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 人工光合成の最新研究動向今後の課題と展望2021

    • 著者名/発表者名
      由井樹人
    • 学会等名
      R&D支援センターセミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光エネルギー変換・CO2資源化に向けた人工光合成・光触媒技術2021

    • 著者名/発表者名
      由井樹人
    • 学会等名
      情報機構セミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Characterization and Photochemical Properties of Layer-by-Layer Deposited Mixed-Anion Nanosheets’2021

    • 著者名/発表者名
      A. Tanaka, Y. Kikuchi, T. Hori, R. Motoki, T. Yui
    • 学会等名
      International Conference on Mixed Anion Compounds (ICMaSS2019)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Novel Photon Up-conversion System on Clay Surface2021

    • 著者名/発表者名
      Yuki Nakadai, Masumi Uehara, Syuta Tsuchiya, Tadaaki Ikoma, Tatsuto Yui
    • 学会等名
      2021光化学討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 無機ポリイオンを利用した金属ナノ粒子の合成と近赤外応答2019

    • 著者名/発表者名
      由井樹人
    • 学会等名
      第68回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 層状半導体/銀ナノ粒子複合膜の可視光触媒活性2019

    • 著者名/発表者名
      齋藤翔太・由井樹人
    • 学会等名
      低次元系光機能研究会第9回サマーセミナー2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] LDH/アニオン性ポルフィリン積層膜の作成と光機能2019

    • 著者名/発表者名
      田中愛結、由井樹人
    • 学会等名
      低次元系光機能研究会第9回サマーセミナー2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 低分子材料を用いた層状半導体の積層薄膜化2019

    • 著者名/発表者名
      田中雄大・由井樹人
    • 学会等名
      低次元系光機能研究会第9回サマーセミナー2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] カチオン性Pdポルフィリンのclayとの複合化及び特異的な光物性2019

    • 著者名/発表者名
      上原真澄・由井樹人
    • 学会等名
      低次元系光機能研究会第9回サマーセミナー2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Unique Photofunctions of Metal Nanoparticle / Layered Semiconductor Hybrids2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuto YUI
    • 学会等名
      International Conference on Materials and Systems for Sustainability 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2022-12-28  

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