2012 Fiscal Year Annual Research Report
低次元構造集積による酸化物ナノチューブへの革新的環境・エネルギー創成機能の集約
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22241017
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
関野 徹 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (20226658)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
楠瀬 尚史 香川大学, 工学部, 准教授 (60314423)
佃 諭志 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (00451633)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | ナノ材料 / 環境材料 / 酸化物ナノチューブ / 太陽電池 / 光触媒 / ナノハイブリッド / 機能共生材料 / 光化学機能 |
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| Research Abstract |
高効率エネルギー創製システムや高次環境浄化光触媒システムへ適応しうる次世代型の環境機能集約型材料へと深化することを目的として、酸化物（酸化チタン）ナノチューブ（TNT）の構造を原子・分子・ナノレベルで設計・制御する合成プロセスの最適化、材料創製と物性・機能評価を引き続き行い、以下の成果を得た。
1. 化学的合成環境の制御により得られるサイズ制御したTNTについて、多様な合成プロセスに依存してその構造や結晶性が変化し、これらが増感型太陽電池における分子吸着能・電荷輸送特性に影響することを明らかにした。更に、TNT単位表面あたりの増感色素分子素吸着量がTNTの表面性質や形状により変化することを見いだした。
2. 多様な希土類（Sm, Er等）および遷移金属（Cr）固溶型TNTを合成する複数プロセスを開発し、その構造の特徴と基礎的な物理化学特性、光化学特性を精査した。希土類固溶型TNTではその電子準位に依存した蛍光発光特性を持つことを初めて確認し、エネルギー移動機構を明らかにした。
3. 希土類イオン固溶により、TNTが本来持つ分子吸着能を大幅に改善することに成功すると共に、優れた光触媒特性をも改善することに成功し、特性の精査ならびに機構解明を行った。前項の結果と合わせ、本材料では異なる複数の機能（吸着、光触媒、蛍光特性）が１つの材料に共生した全く新規な多機能調和型ナノマテリアルの創製に初めて成功した。
4. 光化学還元プロセスにより金属ナノ粒子を担持したナノハイブリッド型TNTを得る事に成功し、これらが優れた光触媒機能を示すこと、同時に分子吸着能をも維持していることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度の震災による影響も殆どなく、通年を通じて実験研究そのものは順調に進行し、ナノマテリアルの高次機能化に成功し、期待した特性を得る等の成果を得た。但し、年度後半における試料構造・熱的挙動評価実験の際に、予測と異なる構造であることが判明したため、目的構造を得るための合成条件の再検討が必要となり、若干の研究計画の変更を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は本研究最終年度となることから、これまでナノチューブ材料について得た多様な構造修飾化プロセスならびにそれに基づき創製した材料の光化学機能や高次環境浄化機能、エネルギー創製機能などの知見を基礎として、更に優れた高次機能材料の合成と新規な機能発現メカニズムを検証・考察する。その上で次世代型環境エネルギーシステム創製を想定した材料の設計・創製指針構築を図り、本研究を総括する。
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