Inorganic nanocrystals with sophisticated shape control can be synthesized by considering not only crystal growth but also etching process. In this study, we report a shape control method involving an etching process at low‐temperature for AgBr nanocrystal, an excellent visible‐light responsive material. The addition of polyvinylpyrrolidone (PVP) to an aqueous solution containing excess Br− ions in which irregularly shaped AgBr nanoparticles were dispersed transformed the nanoparticles into nanoplates at room temperature. Detailed electron microscopic observations of the shape during transformation and quantitative analyses of the Ag+ ion concentration revealed preferential etching of {111} planes of the irregularly shaped nanoparticles and subsequent redeposition of AgBr on other crystalline planes, resulting in the formation of nanoplates. The obtained AgBr nanoplates showed higher visible‐light photocatalytic activity than irregularly shaped nanoparticles, since nanoplates were almost enclosed by {111} planes with active catalytic reaction sites.

A self-assembled nanohybrid photocatalyst composed of antimony-doped SnO₂ clusters and ZnO can produce H₂O₂ with an external quantum yield of ∼500% from O₂-saturated ethanol aqueous solution under UV-light irradiation.

Humidity sensors are integral to modern technology and extensively utilize Ti3C2Tx MXene for its superior sensitivity and accuracy. This material’s effectiveness stems from its abundant hydrophilic functional groups and high electrical conductivity. In this study, we enhanced the responsiveness to relative humidity changes by incorporating bentonite, a 2D clay mineral known for its robust water adsorption capacity and ionic conductivity, attributable to its distinctive structure. Our analysis of MXene/bentonite thin films through sheet resistance measurements indicated a clear inverse relationship in resistance changes above and below a specific MXene-to-bentonite ratio. Impedance analysis further revealed that the dominant conduction mechanisms within these films vary according to the mix ratio. In fabricating conductive-type humidity sensors from MXene/bentonite films, we observed a remarkable increase in humidity sensitivity. Particularly, MXene rich film (33 wt. % MXene) demonstrated a sensitivity of ∼58.1 times greater than MXene film, and bentonite rich film (10 wt. % MXene) demonstrated about 5000 times greater than MXene film. This study not only underscores the potential of MXene/bentonite composites in humidity sensing but also highlights the critical role of composition in optimizing sensor performance.

Hydrogen production by proton exchange membrane water electrolysis requires the anode with low overpotential for oxygen evolution reaction (OER) and robustness in acidic solution. While exploring new electrode materials to...

Faceting of Au NPs is induced by a heteroepitaxial junction on anatase TiO₂(001) nanoplate array. Light irradiation of the plasmonic electrode generates current for water oxidation at λ < 900 nm with a maximum efficiency of 0.39% at λ = 600 nm.

Radial semiconductor mesocrystals (rad-SEM MCs), the so-called sea urchin-like microspheres, combining both the properties of nanoparticles and microparticles have widely attracted much interest. Elucidation of the detailed formation mechanism is...

本研究では、電子工学・化学・機械工学に特徴を持つ国際異分野若手研究者を結集して、原子層材料の熱物性をキャリア量や欠陥密度を厳密に把握したうえで明らかにすることを研究目的とする。ラマン分光計測やナノデバイスによる熱・電気計測で実績のある研究代表者に加え、材料組成制御、表面化学修飾、シミュレーションなどの強力な分担者のサポートの下、高感度熱計測の1つであるサーモリフレクタンス計測やナノ界面熱輸送に関して実績のある国際共同研究者がタッグを組むことで、層状物質に関する熱輸送の国際共同研究を推進する

カーボンナノチューブ(CNT)は、高い機械的強度や電気・熱伝導性など極めて優れた特性を有し、幅広い産業での応用が期待されている。一方で、用途に応じた合成制御ができていないことが実用化を妨げており、例えばフォレストの成長停止が長尺化を妨げている。現在までの最長のCNTフォレストは約2cmであり、導電性ワイヤなどの応用において本来の引張強度や導電性を示さない。 本研究では、新規触媒の開発と反応系の設計を行い、成長停止しない数十cmのフォレスト(既存の10倍以上)の合成技術を開発し数十cmのCNTフォレストの合成を目指す。

高密度カーボンナノチューブフォレストを用いた高感度・高耐久性な立体型櫛型電極(IDE)の開発とバイオセンサへの応用を行った。サイクリックボルタンメトリによるK4[Fe(CN)6]の電気化学的な測定の結果，Au電極IDEと比較してCNTフォレストIDEでは酸化還元電流が定常状態に早く到達した。アスコルビン酸共存下におけるドーパミンの測定の結果，線形領域が100 nM - 100 μM，検出感度が14.3 mA mol－1 L，検出限界(LOD, S/N=3)が42 nMとCNTF-IDEは高い特性を示した。また繰り返し測定において汚染による性能劣化が少なく、高い耐久性を持つことが分かった。電気化学センサに用いる電極材料として、カーボン電極は従来の金属電極と比較して高感度が得られることが期待される。中でも高い導電性と表面積を持つカーボンナノチューブを用いることでより高感度になることが期待できる。一方で従来の成長方法では電極応用するための適した構造を作製することが難しかった。本研究ではオリジナルの触媒と成長技術を用いて微細構造を作製し、実際に分析物を高感度に測定可能であることを示した。今後さらに技術開発を行うことで、小型かつ高感度なバイオセンサや医療技術などへの応用が期待できる

液体アンモニアから電気分解により水素を取り出す際の課題として、窒素放出を伴うアノード反応の過電圧が大きいことが挙げられる。1元系および2元系触媒電極を適用して、アノード反応の評価を行った。一元系触媒の効果を調べるために、窒素との結合のしやすさが異なる触媒金属を用いた。低電位での各触媒金属における電流密度を金属窒化物生成エンタルピーに対してプロットすることにより火山型の相関関係が得られることが明らかになった。二元系触媒はPt-Fe系を検討し、粒子レベルおよび原子レベルでの複合化どちらにおいても、一元系触媒よりもアノード反応活性が下がることが分かった。

炭素と珪素という豊富な元素を用い、簡易・高速・高収率なプロセスで、軽量・安定・低コストなフレキシブル太陽電池の実現を目指した。バルクSi型に対して高純度Siを数十倍有効利用すべく、Si膜の高速製造法を開発した。Si源を融点1414 ℃より高温の2000 ℃に加熱して1 minに10 μmの高速製膜を実現、その際に成長基板を融点以上から融点以下へ下げることで100 μm以上の面内結晶粒径を実現した。簡易なセル化技術も開発した。市販のカーボンナノチューブ粉末を界面活性剤水溶液に分散し、吸引ろ過で薄膜を作製、n型Siウェハに貼り付け、変換効率10%のセルを実現した。今後、両技術の接続に取り組む。

透明電極への応用を考えた単層カーボンナノチューブ(Single-walled Carbon Nanotube, SWCNT)の成長機構の理解とカイラリティ制御合成を検討した。全体を通して触媒金属の膜厚を広範囲にスクリーニングするためにコンビナトリアル手法を用い、実験を効率化した。 Co触媒によるC2H5OHからのSWCNT合成にA12Ox下地を適用し、SiO2下地と比較検討した。1.3nm以上と厚いCo触媒では両方の下地上で多層CNTがミリメートルスケーワレで成長するのに対し、0.62-1.0nmと薄いCo触媒ではAl2Ox上のみでSWCNTがミリメートルスケールで成長した。CNTの成長の急停止を見出し、初期成長速度はAl2Ox上とSiO2上で同様な一方、成長時間はAl2Ox上で長いことが分かった。成長停止直前にCNT析出の振動現象が観察され、触媒粒子への炭素の取り込みと吐き出しのバランスが崩れることが成長停止の原因であると考えられた。Al2Oxの作用としてCo粒子の構造変化の抑制や成長速度の加速が示唆されたが、今後更なる検証が必要である。 また気相反応と触媒反応を分けた検討を行い、新たに作製した"Cold-gas CVD"装置を用いることで、SWCNTを成長させる直接の前駆体について調べた。C2H5OHを炭素源に用いた場合に垂直配向CNTを成長させるためには気相反応が重要であり、C2H5OHの熱分解によって生じたC2H2が垂直配向単層SWCNTの成長の直接の前駆体になっていることが分かった。 さらにカイラリティの制御を狙い、特にフラーレンキャップができる「核発生」とその後の「成長」に着目し、Hラジカルを用いた新たな合成法の検討を行った。ラマンスペクトルの測定結果から、カイラリティの制御には至らなかったものの、直径分布の狭いSWCNTが合成できた。