ミクロ反応場を用いる半導体ナノ粒子およびナノ微細構造光機能材料合成に関する研究

利用微反应场合成半导体纳米颗粒和纳米结构光学功能材料的研究

• 批准号: 15033244
• 负责人: 平井 隆之
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15033244/
• 关键词: ナノ粒子; 逆ミセル; 量子サイズ効果; 光触媒; 光機能界面; 複合材料; 光化学反応; 水素製造

本年度は、主としてCdSナノ粒子を固定化したTiO_2粒子の合成と光触媒特性について検討した。mercaptoacetic acid (MAA)を含む水溶液中でCdSナノ粒子を合成したのち、TiO_2粒子を添加・攪拌することにより、MAAで表面修飾されたCdSナノ粒子をカルボキシル基を介して固定化した(CdS-MAA-TiO_2)。CdSナノ粒子径はMAA濃度で制御した。合成した複合材料におけるCdSナノ粒子-TiO_2間の相互作用を、CdSナノ粒子からの蛍光発光によって調べた。比較のために作製したCdS-MAA-Al_2O_3ではCdSナノ粒子の蛍光は消光されないが、CdS-MAA-TiO_2においては顕著な消光が見られ、CdSからTiO_2への電子移動が起こりやすいことを示唆した。CdS-MAA-TiO_2ではCdSナノ粒子-TiO_2粒子間の距離が短く、また結合(-COO^-)部分の共鳴構造の形成などが影響していると考えられる。2-プロパノール水溶液に懸濁し可視光照射した際の水素生成量で光触媒特性を評価した。CdS-MAA-TiO_2で大きな水素生成量が得られた。これはCdS上で励起された電子と正孔の電荷分離がTiO_2との相互作用によって促進されるためと考えられ、蛍光の消光特性の結果と一致している。また、CdS-MAA-TiO_2において、ルチル構造の参照触媒TIO-3を用いた場合に、アナタース含有量の多いST-21やP-25よりも水素生成量が多く、さらにCdSナノ粒子径の減少に伴って、CdS単位モル量当たりの水素生成量が増大し、CdSナノ粒子の微細化の効果が認められた。ナノスケールのポア構造を有するサブミクロンサイズのルチル型H-TiO_2粒子を用いて合成したCdS-MAA-H-TiO_2においては、CdSナノ粒子固定化量の増大とともにCdS単位モル量当たりの水素生成量が増大した。これより、TiO_2粒子の適切な表面微細構造がナノ粒子を固定化・安定化する能力を増大させることを示した。

今年我们主要研究了固载CdS纳米颗粒TiO_2颗粒的合成及其光催化性能。在含有巯基乙酸(MAA)的水溶液中合成CdS纳米颗粒后，通过添加并搅拌TiO_2颗粒，将MAA表面修饰的CdS纳米颗粒通过羧基固定化(CdS-MAA-TiO_2)。 CdS 纳米颗粒的尺寸由 MAA 浓度控制。通过CdS纳米颗粒的荧光发射研究了合成复合材料中CdS纳米颗粒与TiO_2之间的相互作用。在用于比较的CdS-MAA-Al_2O_3中，CdS纳米颗粒的荧光没有被猝灭，但在CdS-MAA-TiO_2中，观察到明显的猝灭，这表明电子可能发生从CdS到TiO_2的转移。在CdS-MAA-TiO_2中，CdS纳米颗粒与TiO_2颗粒之间的距离较短，并且在键(-COO^-)部分处形成共振结构被认为具有影响。根据悬浮在2-丙醇水溶液中并用可见光照射时产生的氢气量来评价光催化性能。利用CdS-MAA-TiO_2获得了大量的氢气。这被认为是因为CdS上激发电子和空穴之间的电荷分离是通过与TiO_2的相互作用而促进的，并且与荧光猝灭特性的结果一致。此外，在CdS-MAA-TiO_2中，当使用金红石结构的参比催化剂TIO-3时，产氢量高于锐钛矿含量高的ST-21和P-25，并且CdS纳米粒子的尺寸也减小，结果，每单位摩尔量的CdS产生的氢气量增加，并且观察到CdS纳米粒子的小型化效果。在使用具有纳米级孔隙结构的亚微米级金红石型H-TiO_2颗粒合成的CdS-MAA-H-TiO_2中，每单位摩尔CdS产生的氢气量随着固定的CdS纳米颗粒量的增加而增加。这表明TiO_2颗粒适当的表面微观结构增加了纳米颗粒的固定和稳定能力。

项目成果

Takayuki Hirai: "Preparation of ZnS : Mn Nanoparticles in reverse Micellar Systems and their Photoluminescent Properties"Journal of Chemical Engineering of Japan. 37(印刷中). (2004)

Takayuki Hirai：“反胶束系统中 ZnS：Mn 纳米粒子的制备及其光致发光特性”，日本化学工程学报 37（出版中）。

Preparation of ZnS : Mn Nanoparticles in reverse Micellar Systems and their Photoluminescent Properties

反胶束体系中ZnS:Mn纳米粒子的制备及其光致发光性能

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Chemical Engineering of Japan 37(5)
• 作者: Takayuki Hirai;Fakayuki Hirai;Fakayuki Hirai
• 通讯作者: Fakayuki Hirai

Preparation of Sr_2CeO_4:Eu^<3+>,Dy^<3+> white Luminescence Phosphor Particles and Thin Films Using an Emulsion Liquid Membrane System

乳液液膜系统制备Sr_2CeO_4:Eu^<3>,Dy^<3>白色荧光粉颗粒及薄膜

• 发表时间: 2005
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry B 109
• 作者: Takayuki Hirai;et al.
• 通讯作者: et al.

Takayuki Hirai: "Dithiol-Mediated Incorporation of CdS Nanoparticles from Reverse Micellar System into Zn-Doped SBA-15 Mesoporous Silica and Their Photocatalytic Properties"Journal of Colloid and Interface Science. 268(2). 394-399 (2003)

Takayuki Hirai：“二硫醇介导的来自反胶束系统的 CdS 纳米粒子掺入 Zn 掺杂的 SBA-15 介孔二氧化硅及其光催化性能”胶体与界面科学杂志。