二次元ナノシートの階層的集積構造に基づく電荷移動の制御とその応用

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K14428
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 坂井 伸行 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (70431822)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: ナノシート / 超薄膜 / レイヤーバイレイヤー法 / ヘテロ積層 / 光電荷分離 / 光触媒 / 光誘起超親水化特性 / エネルギー貯蔵

研究成果の概要

本研究では、異なる種類の二次元ナノシートを階層的に集積させた構造を構築し、異種ナノシート界面における効率的な電荷移動に基づくさまざまな特性の向上を達成できた。還元型酸化グラフェンとヘテロ接合した酸化チタンナノシートは光電荷分離効率が増加し、光誘起親水化活性が向上した。酸化マンガンナノシートと還元型酸化グラフェンを交互にヘテロ積層した複合材料では、蓄電デバイスの高容量化と長寿命化を達成できた。酸化チタンナノシート再積層体を単層の硫化モリブデンナノシートで修飾することで水素生成光触媒活性が向上した。

自由記述の分野

無機材料化学、エネルギー関連化学およびその関連分野

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、異なる電子構造を持つナノシートのヘテロ積層により、光電荷分離効率の向上や分離した電荷の光誘起親水化反応への利用を実現できた。この成果は、高効率な光触媒や太陽電池、発光デバイスなどへの応用につながるものと期待できる。また、このヘテロ構造は簡便で安価でありながら、ナノレベルで構造を設計できるレイヤーバイレイヤー法により作製でき、材料創製の観点からも意義のある成果が得られた。