Bottom-up synthesis of metalate nanosheets with metallic properties and the fabrication of thin films with highly anisotropic optical properties by using their nanosheets

自下而上合成具有金属特性的金属化物纳米片并利用其纳米片制备具有高度各向异性光学特性的薄膜

• 批准号: 21K05225
• 负责人: 伴 隆幸
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Gifu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K05225/
• 关键词: ゾルゲル法; ナノ材料; ハイブリッド材料; ナノシート; 薄膜; 溶液化学; 屈折率制御

金属酸ナノシートは、層状金属酸塩を層剥離することにより得られる二次元材料であり、その高い構造異方性に起因した興味深い特性が期待される材料である。我々はこれまでに、金属酸ナノシートに対して、化学反応を利用したボトムアップ型の合成法を見出している。ここでは、この方法で合成した金属酸ナノシートと、長鎖アルキル基をもつ界面活性剤からなる高配向性のハイブリッド薄膜を作製し、その異方構造が屈折率などの光学的物性の異方性に対してどのように影響するかを明らかにすることを目的とする。２年目はまず、チタン酸ナノシート・界面活性剤のハイブリッド薄膜の作製法の改良を検討した。初年度までの検討では、ナノシートが積層した層状チタン酸塩薄膜を作製し、その後に層間陽イオンを陽イオン性界面活性剤にイオン交換することでハイブリッド薄膜が簡便に作製できることを示してきた。しかし、この方法で作製される薄膜の膜質が十分でないために屈折率の評価などにおいて問題が生じた。そこで作製法自体を見直し、膜質の良い薄膜を作製する方法を検討しなおした。また、屈折率の評価方法についても、新たに解析ソフトを購入して、より詳細に解析できるように検討を進めている。金属酸ナノシートの作製についてもいくつかの検討を行った。例えば、我々が見出した方法では小さく丸みを帯びたナノシートが得られやすいので、より緻密に充填したナノシート層の形成に適した、大きさのそろった自形形態をもつチタン酸ナノシートの合成を検討した。また、高い電気伝導性をしめすナノシートとして、これまでに検討したルテニウム酸ナノシートに加え、混合原子価をもつバナジン酸ナノシートのボトムアップ合成についても検討した。

金属酸纳米片是通过分层的分层金属酸盐获得的二维材料，并且由于其高结构各向异性而有望具有有趣的特性。我们以前已经发现了一种使用化学反应合成金属酸纳米片的自下而上的方法。在这里，目的是准备高度取向的杂化薄膜，该薄膜由该方法的金属酸纳米片和具有长链烷基的表面活性剂合成，并阐明如何阐明光学特性的各向异性（例如折射率）。在第二年，我们首先考虑改善制造钛纳米片和表面活性剂混合薄膜的方法。在直到第一年的研究中，已经表明，通过制造分层钛薄膜可以轻松生产混合薄膜，其中纳米片被层压，然后用阳离子表面活性剂与层中层的离子交换。但是，这种方法产生的薄膜的薄膜质量不够，导致问题，例如评估折射率。因此，对制造方法本身进行了审查，并重新审查了一种具有高质量薄膜的方法。我们还考虑如何通过购买新的分析软件来评估折射率，以便我们可以更详细地进行分析。关于金属酸纳米片的制备也已经进行了几项研究。例如，我们发现的方法很容易获得小的圆形纳米片，因此我们研究了钛酸纳米片的合成，其大小均匀且形式适合形成更密集填充的纳米片层。除了先前研究的鲜气酸纳米片外，还研究了具有混合价值的钒酸纳米片的自下而上的合成为具有高电导率的纳米片。

项目成果

チタン酸ナノシート／界面活性剤ハイブリッド薄膜のゾルゲル法による作製

溶胶-凝胶法制备钛酸盐纳米片/表面活性剂杂化薄膜

• 发表时间: 2021
• 作者: 西村明梨;辻岡強;池田典生，高井千加，大矢 豊，伴 隆幸
• 通讯作者: 池田典生，高井千加，大矢 豊，伴 隆幸

Anisotropic Crystal Growth of Layered Vanadates with Bulky Interlayer Cations

• DOI: 10.1002/crat.202200198
• 发表时间: 2023-01
• 期刊: Crystal Research and Technology
• 影响因子: 1.5
• 作者: T. Ban;Karin Konishi;Motoki Mizuno;Chika Takai-Yamashita;Y. Ohya

水溶液プロセスによるルテニウム酸ナノシートのボトムアップ合成

水溶液法自下而上合成钌酸纳米片

• 发表时间: 2022
• 作者: Tsuyoshi Tsujioka;Hatsuka Kusaka;犬飼 和希，服部 太貴，永田 武史，髙井 千加，大矢 豊，伴 隆幸
• 通讯作者: 犬飼 和希，服部 太貴，永田 武史，髙井 千加，大矢 豊，伴 隆幸

チタン酸ナノシート薄膜の界面活性剤とのハイブリッド化

钛酸盐纳米片薄膜与表面活性剂的杂化

• 发表时间: 2022
• 作者: 大石 博久1;木村 雄登1;西原 禎文2;芥川 智行3;中村 貴義4;帯刀 陽子;大竹 宏祐，池田 典生，高井 千加，大矢 豊，伴 隆幸
• 通讯作者: 大竹 宏祐，池田 典生，高井 千加，大矢 豊，伴 隆幸

Bottom-up Synthesis of Metalate Nanosheets by Aqueous Solution Process

水溶液法自下而上合成金属盐纳米片

• DOI: 10.4164/sptj.59.348
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Society of Powder Technology, Japan
• 作者: 西村優輝，田港聡，森大輔，今西誠之;Ban Takayuki
• 通讯作者: Ban Takayuki