2020 Fiscal Year Annual Research Report
Optimization of properties of metal oxynitrides by controlling their stoichiometry
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18H02059
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
森賀 俊広 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (90239640)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 浩一 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (20284317)
大石 昌嗣 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (30593587)
村井 啓一郎 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 准教授 (60335784)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 酸窒化物 / 光触媒 / フォトニックバンドギャップ / 基礎吸収端 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度においては、細孔径の異なる可視光応答型Ta3N5金属窒化物光触媒フォトニック結晶を作成し、水素生成における光触媒活性の違いを比較した。フォトニック結晶の細孔径は、そのテンプレートとして用いるPMMAコロイド粒子作成時の合成温度およびMMAモノマーと水の配合比を変化させることによりPMMAコロイド粒子径を制御を通じて行った。また、活性点として必要なPtはH2PtCl6水溶液にTa3N5光触媒を浸漬、担持し、キセノンランプ光を照射することにより活性を発現可能なPtに光還元する方法を見出した。
フォトニック結晶形成により発生するフォトニックバンドギャップとTa3N5が持つ固有の基礎吸収端の位置関係について、上記方法にてフォトニックバンドギャップを変化させた試料の光触媒活性の変化から考察した。これまでの報告では、フォトニックバンドギャップのエネルギーの小さい側のRED端に基礎吸収端を合わせる方が効率よくスローフォトン効果を得られると言われてきた（Nishijima et al., ACS 125 (2003) 6306）。しかしながら、我々の実験では、RED端よりもむしろフォトニックバンドギャップを挟んでエネルギーの大きい側のBLUE端に基礎吸収端を合わせた方が良いという結果が得られた。これは、RED端を一致させると、基礎吸収端よりわずかに大きいエネルギー領域がフォトニックバンドギャップに覆われてしまい、これにより電子が存在できなくなって光触媒活性を示さなくなるのことが現れたのではないかと考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新型コロナ感染拡大防止のため、大学での講義がオンラインを中心とするものに変更されたが、オンライン講義の準備に多くの時間を割く必要があったため、論文執筆が思ったようにできなかった。また、国際会議等のキャンセル・開催中止等で、研究成果を纏めて発表する機会がほとんど無かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
酸窒化物光触媒におけるフォトニックバンドギャップと基礎吸収端の関係を更に明らかにするとともに、可視光から紫外光まで幅広い範囲の波長の光のうち、どの波長の光が担持されたPtの光還元に寄与しているのか等も明らかにしたい。光還元法では、H2PtCl6の担体への吸着およびPt4+から金属Ptへの還元とTa3N5光触媒によるH2発生がともにキセノン光源の光を利用して同時に行われる。Pt4+の金属Ptへの還元は電子を使用してなされるが、Ta3N5光触媒によるH2発生も電子を必要とする。この競合する2つの反応に対する電子の分配の経時変化等も興味深い。
他の金属酸窒化物を用いた電極材料については構造対称性の良いLi含有酸窒化物を中心に、蛍光体材料については、青と黄色領域の異なる2つの発光波長を有し、紫外線照射により単一の蛍光体で白色光を得ることのできるCa1.5Ba0.5Si5O3N6：Eu2+蛍光体について、2つの発光サイトの発光強度最適化等を図り鋭意研究を進める。
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