酸化物ナノチューブの合成・構造解析と機能化

氧化物纳米管的合成、结构分析及功能化

基本信息

批准号：
14654142
负责人：
関野徹
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

最近我々は、酸化チタン(チタニア)が溶液化学的合成手法を用いることでテンプレートなどを一切使わずに直径数nmのチューブ構造を自己組織化的に形成することを世界で初めて確認した。様々な物性を持つ酸化物がナノスケールの特異なチューブ構造を持つことは、ナノ表面や内部のナノスペースを用いた多機能材料として様々な可能性を持つことを示している。そこで本研究ではチタニアナノチューブの合成プロセスを検討すると共に、ナノ表面や内部ナノスペースの特徴と材料固有の物性を共生させた高次機能材料としての可能性を検討した。その結果、異なる出発原料や合成条件を変化させた場合でも、直径8〜10nm、内径5〜8nmのナノチューブが生成することを確認した。電子顕微鏡解析から、アナターゼを基本骨格とし、その(010)方向がナノチューブ長手方向に配向していることを見いだし、これを基に構造モデルを構築してシミュレーションを行い、電子顕微鏡解析結果との整合性を確認した。また、合成条件により光学的バンドギャップが変化すること、処理条件に応じて熱的な安定性が変化することを見いだした。得られた材料の光触媒特性を評価したところ、水の光分解反応における水素発生能力が市販のチタニア光触媒より2倍程度高いことが明らかとなり、構造由来の機能発現を確認した。また、ソノケミカルプロセスを用いてPdナノ金属をチタニアナノチューブに坦持させると更に向上することを確認した。一方、本材料はナノサイズを持つばかりでなく、チューブ内のナノスペースの存在により種々の物質の吸脱着能が期待された。そこで、Liイオンの挿入脱離挙動を電気化学的に測定したところ、本材料は一般的な高比表面積チタニア粉末と比較して極めて高い可逆的挿入脱離挙動を示すことを確認し、特異な構造と1次元ナノスペースに由来するバッテリー電極などへ応用できる高次機能化が可能なことを確認した。

最近，我们在世界上首次证实，氧化钛（钛）可以通过使用溶液化学合成技术而无需使用任何模板或类似的即可自组装管结构。具有各种物理特性的氧化物具有独特的纳米级管结构，这一事实表明它们具有多种可能性的材料，使用纳米表面和内部纳米空间。因此，在这项研究中，我们研究了二氧化钛纳米管的合成过程，并研究了它的可能性，作为一种高阶功能材料，与材料的物理特性共存的高阶功能材料。结果，已经证实，即使不同的起始材料和合成条件变化，直径为8至10 nm的纳米管也会产生5至8 nm的内径。从电子显微镜分析中，我们发现剖析酶是基本骨骼，并且（010）方向在纳米管的纵向方向上定向，并且基于此，构建了结构模型并进行了模拟以确认与电子显微镜分析结果的一致性。还发现，光带隙会根据合成条件而变化，并且热稳定性根据处理条件而变化。当评估获得的材料的光催化特性时，发现水的光解反应中的氢产生能力大约是市售二氧化钛光催化剂的两倍，并且确认了结构的功能表达。还可以证实，当使用声化过程在二氧化钛纳米管上进行时，PD纳米均进一步改善。另一方面，该材料不仅是纳米尺寸的，而且由于管子内存在纳米空间，还具有吸附各种物质的潜力。因此，当通过电化学测量李离子的插入和解吸行为时，与典型的高比表面积钛粉相比，该材料表现出极高的可逆插入和解吸行为，并且可以实施可将电池电器应用于独特的结构和单层元素的高阶功能。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ナノ構造制御による多機能セラミックス

纳米结构控制的多功能陶瓷

DOI：
发表时间：
2003
期刊：
機能材料 23・4
影响因子：
0
作者：
新原晧一;関野徹;中山忠親;楠瀬尚史
通讯作者：
楠瀬尚史

Multifunction Integrated Ceramic Based Nanocomposites

多功能集成陶瓷基纳米复合材料

DOI：
发表时间：
2002
期刊：
Selected Papers of Shanghai International Nanotechnology Cooperation Symposium 2002
影响因子：
0
作者：
K.Niihara;T.Sekino;T.Kusunose;T.Nakayama;Y.Hayashi;M.Nagashima
通讯作者：
M.Nagashima