| 研究課題/領域番号 |
17K14081
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
猿山 雅亮 京都大学, 化学研究所, 特定助教 (50636628)
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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 | 光触媒反応 / ヘテロ接合 / 水分解反応 / カチオン交換 |
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| 研究実績の概要 |
本年度は、新規な組み合わせのナノヘテロ接合を有する系の形成と特性評価を行った。まず、リン化Niとリン酸Feのヘテロ接合をもつナノ粒子の選択的合成に成功した。リン化Ni@リン酸Feナノ粒子は、アモルファスリン化Niナノ粒子に鉄前駆体とリン前駆体を加えて反応させることで得られた。この粒子は導電性基板上で水の酸化反応が効率よく進行することを見出した。また、光触媒半導体に担持することで、半導体/ナノ粒子ヘテロ接合界面を通してホールの移動とそれに続く光触媒的水の酸化反応の効率を劇的に向上させることに成功した。種々の比較検討によって、NiとFeの共存による相乗効果により、高い活性が発現したことが分かった。異種元素の導入による酸化マンガンナノ粒子/光触媒ヘテロ接合における光触媒活性の向上も確認した。Mn3O4ナノ粒子に種々の割合でCoをドープすることで、ナノ粒子表面における水の酸化反応速度が向上し、光触媒から移動したホールによる光触媒的酸素生成活性が向上した。また、狭いバンドギャップを有するp型CuInSe2にn型CdSを選択的に接合させることにも成功した。これは、近赤外領域の光を使用して水から水素を得ることができる均一系光触媒としてはたらくことを期待している。さらに、Cu2-xSeのNi2+イオンを用いたカチオン交換にはじめて成功した。立方晶のSe副格子が維持されることにより、準安定なスピネル型Ni3Se4相が選択的に得られることを見出した。カチオン交換反応を途中で停止させることにより、Cu2-xSe/Ni3Se4ヘテロ接合ナノ粒子を選択的に得ることにも成功した。
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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
半導体からのキャリアを有効利用するためのナノ粒子を複数種類開発に成功し、順調に推移していると判断した。発光デバイスについては、個々の相にあるナノ粒子の基本的な性質を理解するために費やしたため、その知見を活かして次年度以降で複合化およびデバイス構築まで達成を目指す。
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| 今後の研究の推進方策 |
不均一系における光触媒半導体/ナノ粒子のヘテロ界面構築が成功したことから、今後は均一系での多接合ヘテロ界面の構築を試みる。水または二酸化炭素の還元を中心に、光エネルギーを有効利用するためのナノ構造制御を行う。また、引き続きペロブスカイトナノ粒子を含むヘテロ構造ナノ粒子の合成を試み、発光デバイスの構築に挑戦する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は光触媒反応を促進するヘテロ構造ナノ粒子の研究について特に進展があり、発光デバイス作製向けの装置類の発注を見送ったため、余剰が生じた。翌年度は発光素子用ヘテロ構造ナノ粒子の合成と特性評価のために必要な物品を購入し、目標達成に向けて研究を加速させる予定である。
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