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2010 Fiscal Year Annual Research Report

グラファイト型窒化炭素の構造と物性に関する電子状態シミュレーション研究

Research Project

Project/Area Number 22550019
Research InstitutionKumamoto University

Principal Investigator

杉本 学  熊本大学, 大学院・自然科学研究科, 准教授 (80284735)

Keywords計算化学 / 量子化学 / 電子状態 / 窒化炭素
Research Abstract

グラファイト型窒化炭素(graphitic carbon nitride:g-CN)の構造と電子状態に関する理論的解析を行った。最近の実験によって、この材料が水分解光触媒となる可能性や、光電流を発生する光電変換材料となる可能性が示唆されている。本研究の目的は、このような光化学的性質を発現する重要因子を解明すること、およびこの材料の置換位置あるいは格子間位置に不純物元素を導入することによって、光化学的性質がどのように変化するかを理論的に予測することである。
H22年度においては、g-CNの電子基底状態および励起状態における構造的特徴、電子状態的特徴を電子状態理論によって解析するとともに、電子励起に伴う水分解の反応過程のエナジェティックスについて検討した。水分解過程では、OH結合の活性化が最も重要な反応過程となる可能性があることが分かった。反応サイトとしては、3つのヘプタジン環で囲まれた空孔部位が最も重要であると思われる。また、分子設計の観点から、BやPなどのヘテロ原子を置換位置に導入することによって生じる電子的因子(分子構造やイオン化エネルギー、電子親和力、光吸収特性)の変化についても解析を行った。これらのヘテロ原子を導入すると、HOMO-LUMOギャップ内に特有の不純物準位が形成される。これが特異な光吸収挙動や導電性を引き起こす原因になると考えられる。更に、格子間位置への不純物ドーピングに関する検討を行い、金属イオンを適切に遷択することによってg-CNの分子構造と電子状態を制御できる可能性があることを見出した。

  • Research Products

    (4 results)

All 2010 Other

All Presentation (3 results) Remarks (1 results)

  • [Presentation] Geometric Structures, Electronic Structures, and Photoresponses of Graphitic Carbon Nitride. A Theoretical Study Using Oligomer Models2010

    • Author(s)
      Manabu Sugimoto
    • Organizer
      6-th Asian Photochemistry Conference 2010
    • Place of Presentation
      Victoria University(Wellington, New Zealand)
    • Year and Date
      2010-11-15
  • [Presentation] 不純物をドープしたグラファイト型窒化炭素の電子状態と物性に関する理論的研究2010

    • Author(s)
      杉本学
    • Organizer
      2010年日本化学会西日本大会
    • Place of Presentation
      熊本大学(熊本市)
    • Year and Date
      2010-11-07
  • [Presentation] メレムオリゴマーの光吸収と反応性に関する理論的研究2010

    • Author(s)
      杉本学、藤永健太郎
    • Organizer
      2010年光化学討論会
    • Place of Presentation
      千葉大学(千葉市)
    • Year and Date
      2010-09-10
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.chem.kumamoto-u.ac.jp/~sugimoto/sugimoto.html

URL: 

Published: 2012-07-19  

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