2017 Fiscal Year Research-status Report
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17K14080
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
福田 勝利 京都大学, 産官学連携本部, 准教授 (80504331)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノシート / 炭化物 / モリブデン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度は、酸化モリブデンナノシートから炭化物ナノシートへの反応メカニズムを明らかにするために２つの方向で実験を遂行した。
１つ目は炭化現象が起きる最適な固相反応条件を調べた。まず、MoO2ナノシートとカチオン性ブロックポリマーの自己組織化交互吸着反応を利用してナノシート／ポリマー単分子ペア膜を合成した。得られた薄膜を還元雰囲気下（水素5%）で200,300,400,500,600,700℃とそれぞれ加熱した試料を合成した。放射光面内回折法により得られた結晶相の同定を行ったところ、500℃までほとんど変化が見られないが600℃になるとより大きな二次元六方格子を持つナノシートが生成していることが明らかとなった。このとき軟X線光電子分光測定（XPS）により得られたC, O, Nの情報と合わせて考察すると、還元焼成することでMo2Cナノシートが生成したことが示唆された。XPS測定では酸化物と炭化物のナノシートのバレンスバンド測定や
基板との相互作用まで解析するに至っている。懸念点としては、現在のin-plane回折測定は大気中で行っており、XPS同様に雰囲気制御を行うのが望ましい。そのため、初年度には放射光in-plane回折用の雰囲気チャンバーの開発も同時に行い予備的に測定が可能であることを実証した。
２つ目はポリマーの種類を変更することである。通常、自己組織化製膜に用いるカチオン性ポリマーには、ポリビニルアミン＋ポリビニルアルコールの共重合ポリマーを用いているが、今回PEI, PDDAといった別のポリマーを用いてナノシート／ポリマーペア膜を作製した。これらを上記の還元温度条件で処理したところ、いずれも600℃でMo2Cが生成しており、炭化反応はあまり影響していないことが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の中心となる酸化モリブデンナノシート自己組織化単分子膜の放射光in-plane回折測定を実施することができた。それにより、反応温度が分かっただけでなく、炭化に至るまでの知見も得ることができた。XPS測定も無事終了しており、反応メカニズムはある程度考察することができた。さらに、比較実験として、他の酸化物ナノシートの放射光in-plane回折測定やXPS測定から別の知見も得られており、思った研究の広がりとしては当初の計画以上に進展しているといえる。
また、これまで申請者がユーザービームラインの一員として管理してる放射光in-planeXRD装置では雰囲気制御実験はできなかったが、今年度開発した雰囲気チャンバーにより真空下での測定は達成している。合成・分析・装置開発いずれも順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後も計画書通り実施する。今年度は、二次元ナノ状態における炭化現象の特異性を明らかにしたい。これまでナノシート／ポリマー単層膜ペアのみであったが、これを累積し多層化することで同現象における厚み方向の物質拡散が及ぼす炭化への影響を調べる。暑くなることでよりバルクの反応に近づくと考えられ、還元反応の解析には雰囲気制御が必要になってくると予期される。初年度に開発した雰囲気制御チャンバーを用いた放射光in-plane回折測定法をさらに改良することで、大気・真空の環境から不活性ガス雰囲気下での測定まで拡張する。また、試料を搬送する機構の開発も検討する。ただし、今年度は放射光実験を継続するための課題申請が必要である。
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| Causes of Carryover |
2017年2月に研究用PCのハードディスクがクラッシュし研究が滞ったため、計画書とわずかな差が生じたものと思われる。２年次に引き続き研究を遂行すべく研究用PCを購入する。そのため、PC分の用途変更を行う予定であるが、当初計画していたよりかなり進展が良いため、計画書の遂行に支障はきたさない。
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