| 研究課題/領域番号 |
17K06802
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
井上 亮太郎 日本大学, 医学部, 准教授 (50397626)
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| 研究分担者 |
岡澤 厚 東京大学, 大学院総合文化研究科, 助教 (30568275)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 酸化物 / 還元 |
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| 研究実績の概要 |
平成29年度に、酸化物LiNbO3中にある遷移金属元素Feの価数を低温化学溶液還元によって制御することに成功した。これは当初の予定通りであった。その過程で予想していなかった実験結果を得て、その原因を考えることによって、還元の制御機構について新しい物理的モデルの確立に成功した。このため、研究計画を前倒しして平成30年度前半にこの物理的モデルについて論文を投稿する予定を立てたが、データ解析の定量性に問題が生じ、平成30年度内に論文を投稿できなかった。問題解決のめどはある程度たったので、平成31年度前半には投稿したいと考えている。
論文執筆作業と並行して平成30年度後半では、低温化学溶液還元技術の更なる開発を行った。具体的にはLiNbO3に加えてBiFeO3やBaTiO3粉末を準備し、低温化学溶液還元によってドープしたFeやMnなどの遷移金属元素の価数制御を試みた。どの粉末においても還元には成功したが、まだ系統的な実験結果を得るに至っていない。Mössbauer分光測定に必要なCo線源の強度が研究開始当初の予想よりも落ちてきているため、今後はESR(電子スピン共鳴)測定なども併用して遷移金属元素の価数決定を行うことを考えている。
平成31年度からは、還元機構のさらなる解明に向けて、遷移金属二元酸化物の還元をも試みる。合わせて酸化物強誘電体の光電変換機能増強や酸化物高温超伝導体の超伝導転移温度制御などのデモンストレーションを行い、研究をまとめる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
酸化物のモデル材料としてLiNbO3を選び、ドープした遷移金属元素Feの価数制御技術を確立した。具体的には、反応時間・反応温度・ヒドリド還元剤濃度などを系統的に変化させてFe(10 mol%):LiNbO3粉末試料を還元し、Mössbauer分光測定によってFeの平均価数を調べた。十分に時間が経って飽和した時点での[Fe2+]率を還元条件から予想できるようになった。
研究開始当初は、[Fe2+]率の飽和は表面還元反応の律速過程の切り替わりによって起こっていると考えていた。しかし、試料粉末の粒径によって飽和[Fe2+]率が変化することが明らかになり、「還元によって導入された酸素空孔と電子の拡散が止まっている」という新しい物理モデルを構築するに至った。この物理モデルについての論文投稿を計画したが、データ解析の定量性に問題が生じ、平成30年度内に論文を投稿できなかった。問題解決のめどはある程度立ったので、平成31年度前半は論文投稿に専念する。
また平成30年度後半からLiNbO3に加えてBiFeO3やBaTiO3といった強誘電体酸化物粉末を準備し、複数のヒドリド還元剤を用いて低温化学溶液還元を試みた。どの粉末試料においてもドープしたFe元素の価数変化には成功したが、(1)強還元すると母物質の結晶構造が壊れてしまうことがある、(2)母物質の組成元素のためにMössbauer分光測定によるFeの価数決定が容易でない、などの問題が生じた。平成31年度からは、遷移金属二元酸化物の低温化学溶液還元を試み、ESR(電子スピン共鳴)測定なども価数決定に併用して、これらの問題に実験的に対処したい。合わせて酸化物強誘電体の導電率向上・光電変換機能増強や酸化物高温超伝導体の超伝導転移温度制御などを行い、低温還元技術としての応用可能性のデモンストレーションを行う。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成30年度前半から、論文の執筆・投稿に取り組んでいる。試料粉末の粒径によって飽和[Fe2+]率が変化することから、「還元によって導入された酸素空孔と電子の拡散が止まっている」という新しい物理モデルを構築した。粉末形状を球形と仮定して常微分方程式の境界値問題として定式化したが、数値計算の結果から実験データを定量的に説明することに難航した。問題解決のめどがある程度立ったので、平成31年度前半に論文としてまとめる。
平成31年度後半からは、酸化物全般の低温還元技術というより幅広い視点から、ペロブスカイト類似構造を持つ酸化物、遷移金属二元酸化物の低温化学溶液還元を本格的に行う。ペロブスカイト類似構造を持つ酸化物では、擬酸素八面体構造の中心にある金属元素によって還元のしやすさが変わってくると予想される。また遷移金属二元酸化物では、通常のプロセスでは実現できない結晶構造を還元処理によって実現できる可能性がある。
また低温化学還元技術としての応用可能性のデモンストレーションを行う。ペロブスカイト類似構造を持つ酸化物の幾つかは強誘電体としてよく知られており、強誘電体ベースの太陽電池応用も期待されている。還元によって試料に導電性を付加することができれば、強誘電体ベース太陽電池としての特性を劇的に向上できる。合わせて酸化物強誘電体の光電変換機能自体の増強も期待できる。また電子ドープ型酸化物高温超伝導体を焼成し、還元処理による超伝導転移温度制御を試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
試薬を消耗品として購入し使用する予定だったが、年度末までの納品が間に合わず断念した。２０１９年度の物品費と合わせて使用する予定である。
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