Thermally Activated Wide-Gap Semiconductor Single Nanoparticles for Thermal Catalytic Function

用于热催化功能的热激活宽禁带半导体单纳米粒子

基本信息

批准号：
22H01915
负责人：
川崎英也
金额：
$ 10.48万
依托单位：
Kansai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、高温高圧の超音波キャビテーション気泡内で熱励起できる半導体シングルナノ粒子の粒子設計指針を明らかにし、半導体シングルナノ粒子の熱触媒機能を開拓することを目的としている。対象とするナノ粒子は、(1)金ナノクラスター(Au NCs)、及び(2)ジルコニア(ZrO2)ナノ粒子である。AuNCs系では、超音波照射下で発現するAuNCsの熱触媒活性による音増感作用(活性酸素種である一重項酸素、1O2生成)を調査した。Au NCsの1O2生成能における、1)配位子効果(pMBA-Au NPs < Au25(pMBA)18 < Au144(pMBA)60)、2)サイズ効果（Au25(SG)18 < Au25(capt)18 < Au25(pMBA)18）、及び3)超音波照射条件（超音波周波数（200kHz-1000 kHz）及び超音波パワー（1-8 W））の効果を明らかにした。特に、超音波照射条件では、高温高圧超音波キャビテーション気泡のエネルギーが大きい「450kHz」の条件において、AuNCsの熱触媒活性による音増感作用が最大となることが示された。ZrO2ナノ粒子においては、平均粒径80nm、20nm、及び5nmの粒径の異なる3種類のナノ粒子を合成し、その超音波照射下でのZrO2ナノ粒子の熱触媒活性で発現する水分解によるヒドロキシラジカル生成を調査した。その結果、ヒドロキシラジカル生成能は、（5nm）＞（20nm＞（80nm）となり、最も粒径が小さい半導体シングルナノ粒子が高い熱触媒活性能を示すことが明らかとなった。他方、紫外可視光照射によるZrO2ナノ粒子の光触媒活性によるヒドロキシラジカル生成では、ZrO2ナノ粒子（80nm）＞ZrO2ナノ粒子（20nm＞ZrO2シングルナノ粒子（5nm）となり、超音波照射下での熱励起とは異なる粒径依存性を示した。

本研究的目的是阐明可在高温高压超声空化气泡中热激发的半导体单纳米颗粒的颗粒设计准则，并开发半导体单纳米颗粒的热催化功能。感兴趣的纳米颗粒是 (1) 金纳米簇 (Au NC) 和 (2) 氧化锆 (ZrO2) 纳米颗粒。在AuNCs系统中，我们研究了由于超声波照射下AuNCs的热催化活性而产生的声敏化效应（产生单线态氧1O2，这是一种活性氧）。 1) 配体效应 (pMBA-Au NPs < Au25(pMBA)18 < Au144(pMBA)60) 和 2) 尺寸效应 (Au25(SG)18 < Au25(capt)18 < Au25(pMBA)18) 和 3) 超声波照射条件（超声波频率（200kHz-1000kHz）和超声波功率（1-8我们阐明了 W)) 的效果。特别是在超声波照射条件下，AuNCs的热催化活性引起的声敏效应在450kHz时最大，此时高温高压超声波空化气泡的能量较高。对于ZrO2纳米颗粒，合成了平均粒径为80nm、20nm和5nm的三种类型的纳米颗粒，并研究了超声波照射下ZrO2纳米颗粒的热催化活性所产生的水分解产生的羟基。结果，羟基自由基产生能力为(5nm)>(20nm>(80nm))，并且表明具有最小粒径的半导体单一纳米粒子通过照射显示出高的热催化活性。在由于纳米颗粒的光催化活性而产生羟基自由基时，ZrO2纳米颗粒（80 nm）> ZrO2纳米颗粒（20 nm）> ZrO2单纳米颗粒（5 nm），这表现出与超声下热激发不同的粒径依赖性辐照。

项目成果

期刊论文数量（15）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Google Scholar -HIdeya Kawasaki-

谷歌学术 -HIdeya Kawasaki-

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

超音波キャビーテーション場で誘起される液体金属粒子の触媒作用：エタノールから酸化グラフェンの生成

超声空化场诱导液态金属颗粒的催化：乙醇生成氧化石墨烯

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
大槻朋子;杉野史弥 ;山本健 ;川﨑英也
通讯作者：
川﨑英也

超音波励起金ナノクラスターによる一重項酸素生成とその配位子およびサイズ効果

超声激发金纳米团簇产生单线态氧及其配体和尺寸效应

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Masashi Kobayashi;Takashiro Akitsu;Masahiro Furuya;Tetsushi Sekiguchi;Shuichi Shoji;Takashi Tanii and Daiki Tanaka;吉水寛人，大嶋梓，山口真澄，部家彰，住友弘二;池田篤哉，八木淳一，川﨑英也
通讯作者：
池田篤哉，八木淳一，川﨑英也

Singlet Oxygen Generation Using Thiolated Gold Nanoclusters under Photo- and Ultrasonic Excitation: Size and Ligand Effect

在光和超声波激发下使用硫醇化金纳米团簇产生单线态氧：尺寸和配体效应

DOI：
10.1021/acs.jpcc.2c05404
发表时间：
2022
期刊：
The Journal of Physical Chemistry C
影响因子：
0
作者：
Yagi Junichi;Ikeda Atsuya;Wang Liu-Chun;Yeh Chen-Sheng;Kawasaki Hideya
通讯作者：
Kawasaki Hideya

金 1 44 量体ナノクラスター担持 TiO 2 の超音波ナノ触媒作用～超音波照射条件の効果～

金144聚体纳米簇负载TiO 2 的超声波纳米催化作用～超声波照射条件的影响～

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
鶴西崇朗;川﨑英也
通讯作者：
川﨑英也

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通讯作者：
川崎英也