Potential-responsive Luminescence Switching Based on Layer Charge Control in 2D Multiple Oxides

基于二维多重氧化物层电荷控制的电势响应发光开关

基本信息

批准号：
22K05264
负责人：
長谷川拓哉
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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

本課題は，研究代表者が新たに開発した「結晶層修飾技法」（層状酸化物の層電荷を能動的に制御する手法）を駆使することで，遷移金属酸化物のエレクトロクロミズム能がトリガとなって希土類イオンの蛍光能がON/OFFするフルオロエレクトロクロミック（ＦＥＣ）材料の創出を目指す研究である。その新材料創出に向けて，１）層電荷制御の適用材料の拡張，２）層電荷制御技術を基盤としたＦＥＣ材料の創出，３）ＦＥＣ機能のメカニズムの解明，を主たる研究課題としている。初年度となる令和4年度は，「層電荷制御の適用材料の拡張」を主眼として研究を進めた。これまでの材料には，タンタルやニオブからなる層状ペロブスカイト化合物をメインターゲットとしてきたが，本課題では，酸化還元を機能の主軸している観点からより容易かつ，明瞭な色相変化を示すモリブデンやタングステンからなる層状希土類含有酸化物材料をターゲットとした。その初期段階として，層状希土類モリブデン酸塩であるKEu(MoO4)2を作製し，希硝酸中でのプロトン交換反応によってHEu(MoO4)2を作製することができた。これは，還元剤であるアスコルビン酸処理によって，色相が明瞭に変化するとともに，Eu3+由来の赤色蛍光が劇的に減退することが分かった。つまり，化学的蛍光スイッチング能を有することを確認した。また，電気化学反応により引き起こされる機能であるため，微結晶粒子が望まれる背景から，溶液プロセスによる材料合成を試みた。具体的には，前駆体として層間にアルカリ金属が導入されたAEu(MoO4)2 (A: K,Cs)を水熱反応場での直接合成によって合成することに成功した。現在は，この材料に対して，Li+やH+をイオン交換反応によって導入することで，エレクトロクロミズム能を有する材料の開拓を目指している。

该项目旨在利用新开发的“晶体层改性技术”（一种主动控制层状氧化物层电荷的方法）来触发过渡金属氧化物的电致变色能力。本研究旨在创造可开启的荧光电致变色（FEC）材料。并关闭稀土离子的荧光能力。在新材料的创造方面，我们的主要研究课题是：1）扩大可应用层电荷控制的材料范围，2）创建基于层电荷控制技术的FEC材料，3）阐明FEC功能的机制。 2020 年是第一年，研究重点是“扩大可应用层电荷控制的材料范围。”到目前为止，主要的目标材料是由钽和铌制成的层状钙钛矿化合物，但在这个项目中，我们重点关注钼和钨，从它们的主要功能是氧化还原的角度来看，它们具有更容易、更清晰的色调变化作为目标。是一种层状含稀土氧化物材料，其组成为作为第一步，我们创建了 KEu(MoO4)2（一种层状稀土钼酸盐），并能够通过稀硝酸中的质子交换反应创建 HEu(MoO4)2。结果发现，用还原剂抗坏血酸处理可明显改变色调并显着降低来自 Eu3+ 的红色荧光。换句话说，证实了其具有化学荧光转换能力。此外，由于该功能是由电化学反应引起的，因此需要微晶颗粒，因此我们尝试使用溶液法合成该材料。具体来说，我们通过在水热反应场中直接合成，以层间引入的碱金属作为前体，成功合成了AEu(MoO4)2 (A: K,Cs)。目前，我们的目标是通过离子交换反应将Li+和H+引入材料中，开发具有电致变色能力的材料。