村松研究室・紹介村松研究室・紹介

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村松研究室・紹介村松研究室・紹介

多元物質科学研究所多元物質科学研究所素材工学研究棟３号館素材工学研究棟３号館多元ナノ材料研究センター多元ナノ材料研究センター

( ( HyNaMセンター HyNaM センター ) )

ハイブリッドナノ粒子研究部ハイブリッドナノ粒子研究部

助手：蟹江澄志助手：蟹江澄志

助手：高橋英志助手：高橋英志

P. D.

君島堅一研究留学生

Jhon Cuya

Bamber Davasuren

Salomon Eduardo Borjas Garcia

大学院生

Sarantuya Myagmarjav

砂川洋二

柿本一利吉永勝己学部学生小西範和酒井洋

小野寺麻衣子竹内瞬

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所在所在

研究室はここ

反応研棟反応研棟科研棟科研棟

素材研棟素材研棟

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キーワードキーワード

ナノコンポジットナノコンポジット

ハイブリッドナノ粒子ハイブリッドナノ粒子

有機有機ーー無機ハイブリッド無機ハイブリッド

ナノ粒子触媒ナノ粒子触媒

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研究例：研究例：タイトルタイトル

有機ー無機ハイブリッド材料合成による新規磁性材料の開発

有機ー無機ハイブリッド液晶の合成と制御

液相還元選択析出法による

Ni-TiO 2 , Pt-TiO 2

ナノコンポジット粒子の合成と生成機構解明

チタニアナノ粒子の部分硫化による光触媒の可視光動作化

BaTiO3, SrTiO3, BaZrO3

ナノ粒子の部分硫化による光触媒の可視光動作化

レーザーアブレーションによる素材表面のナノヘテロ構造制御と新規光機能材料の創製

気相法による新たな金属ナノ構造体の創製

鉄酸化物ナノ構造体の成長メカニズムの解明

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有機物・無機物の異方的形状の融合

単分散チタニア微粒子とアミノ基を有する液晶性分子のハイブリッド微粒子にバルク状態での流動性・配向性などの動的性質を付与

K. Kanie and T. Sugimoto, J. Am. Chem. Soc., 125, 10518 (2003).

有機無機ハイブリッド液晶の開発有機無機ハイブリッド液晶の開発

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液相還元選択析出法によるNiZn-TiO

2

ナノコンポジットの合成液相還元選択析出法によるNiZn-TiO

2

ナノコンポジットの合成

20nm

酸化チタンST01

Ni 2+ Zn 2+ Ni 2+

Zn 2+

Ni 2+

Zn 2+

Ni 2+

Zn 2+

TiO

₂

有機溶媒中、ST01上に選択吸着

BH 4 –

還元剤

液相還元

NiZn-TiO

₂ナノコンポジット

2Ni 2+ + BH 4 - Æ 2Ni + B 3+ + 2H 2

★単独では還元されないZnもNiにより還元

★NiZn複合ナノ粒子＋TiO₂ナノ粒子の組合せによるナノコンポジットの誕生

0 5 10 15

0 30 60 90 120

反応時間（min）

転化率（％）

◆： Ni-Zn/TiO

₂

(Zn/Ni=0.2)

■： Ni-Zn （ Zn/Ni=0.2 ）

▲： Ni/TiO

₂

●： Ni

応用

TiO

₂を用いることによりNiZnナノ粒子の分散度が向上し水素化活性が向上

Znの添加により水素化活性向上

水素化触媒への応用

基幹工業触媒のさらなる活性向上

新触媒調製法（当研究室で開発）

液相還元選択析出法とは

溶液中の錯体を担体(TiO₂）に飽和吸着させ、還元剤を用いてその場(in situ）で金属を担持する方法。

常温でも金属ナノ粒子が得られる。

特徴

・ナノ粒子が凝集せず、高分散状態を維持

・被覆率＝

20

～

30%

→高担持率

・下地との強い化学結合→高安定性

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TiO 2

ナノ粒子の部分硫化による可視光応答性光触媒の開発

TiO 2

豊田中央研究所との共同開発研究

20nm

CS

₂

部分硫化処理

アナタース構造を保ったまま、

構造中の酸素をイオウに置換

TiO

₂アナタースバンドギャップ

可視光領域

部分硫化でレッドシフト

太陽光スペクトル

0 20 40 60 80 100

200 300 400 500 600 700

Wave length, nm

%R

100°C

350°C ST01

150°C

300°C 200°C

400°C 450°C 250°C

硫化温度の上昇と共に、レッドシフトが見

られ、可視光領域に吸収が得られた可視光応答性光触媒の誕生！

500℃

吸収スペクトル

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1 2 3 4 5 6 7 8

2Theta / degree

Intensity / a.u.

NaOH NH 3

(1,0,0) (1,1,0)

(1 0 0)

(1 1 0) (2 0 0)

合成時に用いるアルカリ源が変わるだけで生成物の物性が大きく変化する

NH 3 NaOH

10 μm 1 μm

用いるアルカリ源により、生成する

MCM-41粒子のサイズは１０倍も違う

→ 粒子径の制御

粒子径への影響細孔径への影響

1.0 μm NH 3 NaOH

同じ型剤でもアルカリ源により

メソ細孔径が変化する → 細孔径制御

メソポーラスシリカMCM-41の粒径、細孔径制御メソポーラスシリカMCM-41の粒径、細孔径制御

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20nm

Ni 2+ Zn 2+ Ni 2+

Zn 2+

Ni 2+

Zn 2+

Ni 2+

Zn 2+

TiO

₂

有機溶媒中、ST01上に選択吸着

BH 4 –

還元剤

液相還元

NiZn-TiO

₂ナノコンポジット

2Ni 2+ + BH 4 - Æ 2Ni + B 3+ + 2H 2

全く新しい触媒調製法である、液相還元選択析出法を用いて、NiZn複合ナノ粒子とTiO

2

ナノ粒子のナノコンポジットを合成した。この手法によると、析出したナノ粒子が凝集せず、高分散状態を維持でき、被覆率が

20

～

30%

という極めて高担持率を達成できる点が最大の特徴である。

液相還元選択析出法による

NiZn-TiO 2

ナノコンポジットの合成

多元研パンフレット

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20nm

CS

₂

部分硫化処理

0 20 40 60 80 100

200 300 400 500 600 700

Wave length, nm

%R

100°C

350°C ST01

150°C

300°C 200°C

400°C 450°C 250°C

500℃

吸収スペクトル

TiO 2

高い光触媒活性を有する酸化チタンナノ粒子を、その構造（アナタース構造）を保ったまま、CS

2

で部分硫化処理を行い、格子中の酸素を硫黄に一部置換することに成功した。硫化温度の上昇と共に、レッドシフトが見られ、可視光領域に吸収が得られ、全く新しい可視光応答型光触媒が誕生した。

多元研パンフレット

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