二分子膜-酸化物層状複合体の低温結晶化による二次元量子閉じ込め構造半導体の創製

双层膜-氧化物层状复合材料低温晶化制备二维量子限域结构半导体

• 批准号: 11750718
• 负责人: 大瀧 倫卓
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750718/
• 关键词: MCM-41; 分子集合体鋳型; 酸化物半導体; 低次元半導体; ナノマテリアル; 量子閉じ込め構造; メソポーラス; 水熱合成; 層状構造酸化物; ナノ複合体; 量子サイズ効果

本年度は、前年度の知見に基づいて、界面活性剤の二分子膜層状ミセルを鋳型とした二次元層状酸化物半導体として酸化鉄および酸化ビスマスを合成するとともに、前年度までに得られた層状酸化チタンについて、その光学スペクトルからバンド端近傍の構造を詳しく検討した。層状の酸化鉄および酸化ビスマスの合成については、層状酸化チタンと同様に界面活性剤としてドデシルリン酸ナトリウムを用い、金属源にはそれぞれの硝酸塩を用いた。界面活性剤ミセルを鋳型として合成した酸化物半導体は、いずれも層状酸化物に特有の(h00)回折線のみを示した。層状酸化鉄の水熱処理前の(100)面間隔は37Åであった。界面活性剤分子の長さは約18Åなので、分子軸がやや傾いた界面活性剤の二分子膜と酸化物層とが積層していると考えられる。12hの水熱処理によって酸化チタンの場合と同様にピークはシャープになり、24hの処理後にはピークは著しく突鋭化するととも(100)面間隔は34Åに減少した。水熱処理により、酸化物骨格の構造欠陥や不規則性が大幅に減少したと考えられる。バルクのFe2O3の吸収端は580nm付近に観察されるが、得られた層状酸化鉄の吸収端は380nm付近と大幅に短波長シフトしている。これは、量子閉じ込め効果によるバンドギャップの増大を示唆している。さらに、吸収端の低エネルギー側に鋭い吸収ピークが出現しており、バルク試料には見られなかった励起子吸収の存在が示唆される。室温で励起子吸収が観測されるのは超微粒子などの量子閉じ込め構造に特徴的である。酸化ビスマスについても同様の層状構造酸化物が得られ、吸収端の大幅なブルーシフトが見られた。次に、水熱処理により光触媒活性が発現した層状酸化チタンについて、拡散反射スペクトルをKubelka-Munk変換により吸光度αに変換し、バンド端近傍の構造を検討した。αのエネルギー依存性は低エネルギー側では間接遷移を、高エネルギー側では直接遷移を仮定した理論式にそれぞれ良く合致しており、間接遷移型半導体のバンド構造を良く反映したものとなっている。間接遷移バンドギャップはバルク結晶であるP-25より0.35eVブルーシフトしていた。Brusの式より求めた粒子サイズ2Rは1.4nmで、TEMで見積もられた酸化チタン層の厚みとほぼ一致する。さらにPLスペクトルを測定したところ、室温および77Kにおける層状酸化チタンのスペクトルには380nm付近にバルクには見られない新しい発光成分が現れた。この発光成分の位置は層状酸化チタンの短波長シフトした吸収端に良く一致していた。有機分子集合体を利用することで、金属酸化物半導体などの無機物質の低次元量子閉じ込め構造を容易に合成できるため、「材料ナノテクノロジー」の一つの重要な方向性と考えられる。

This year's discovery of the basic structure of the interfacial active agent, the layered structure of the two-dimensional layered acid semiconductor, the synthesis of iron and acid, and the structure of the optical layer near the end of the previous year have been discussed in detail. The synthesis of layered iron oxides and acidifying substances is carried out in the presence of an interfacial active agent, a metal source, and nitric acid. The acid semiconductor prepared by the formation and synthesis of interfacial active agents is characterized by the (h00) fold line unique to layered acids in the middle. Before hydrothermal treatment of layered acidified iron, the (100) plane spacing is 37 °. The molecular length of the interfacial active agent is about 18 ° C, and the molecular axis is about 18 ° C. The interfacial active agent has two molecular films and acid layers. After 12h hydrothermal treatment, the surface spacing of 100 mm decreased by 34 mm, while the surface spacing of 100 mm decreased by 34 mm. Hydrothermal treatment greatly reduces structural defects and irregularities in the acidified matrix. The absorption end of Fe2O3 is observed near 580nm, and the absorption end of Fe2O3 is observed near 380nm. However, the increase in the number of options for quantum closures will continue to be demonstrated. In addition, the absorption of the low end of the absorption side of the sharp absorption of the sample has been shown. Room temperature excitation absorption measurement of ultra-fine particles and quantum close structure characteristics of the film. Acidizing agent is used to treat the same kind of layered structure acidizing agent. In addition, hydrothermal treatment can cause the formation of photocatalytic activity, such as lamellar acidification, diffuse reflection, Kubelka-Munk transformation, absorbance α transformation, and structure near the end. The dependence of α on α is low, the dependence of α on β is high, the dependence of α on β is low, the dependence of α on β is high, the dependence of α on β is high, the Intermittent migration: P-25 Brus 'formula shows that the particle size is 1.4 nm, and TEM shows that the thickness of the particle size is consistent with that of the particle size. The PL spectrum was measured at room temperature above 77K. The new light emitting components were found near 380nm. The position of the light emitting component is consistent with that of the short-wavelength absorption end of the layered acidification. Organic molecular aggregates are easy to synthesize using low dimensional quantum structures such as metal oxides, semiconductors, inorganic substances, and materials.

项目成果

大瀧倫卓,三宅こずえ: "液晶鋳型-水熱処理法による低次元量子閉じ込め構造酸化物半導体の合成と光物性"九州大学大学院総合理工学報告. 22(4). 359-364 (2001)

Michitaku Otaki，Kozue Miyake：“使用液晶模具-水热处理方法的低维量子限制结构氧化物半导体的合成和光学性质”九州大学理工学院报告22（4）（2001）。 ）

M.Ohtaki,H.Sato,H.Fujii,K.Eguchi: "Intramolecularly Selective Decomposition of Surfactant Molecules on Photocatalytic Oxidative Degradation over TiO_2 Photocatalyst"Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. (印刷中). (2000)

M.Ohtaki、H.Sato、H.Fujii、K.Eguchi：“TiO_2 光催化剂上的光催化氧化降解的表面活性剂分子的分子内选择性分解”分子催化 A 杂志（出版中）。

M.Ohtaki,K.Miyake: "Synthesis and Electronic Properties of 2-Dimensional Quantum-Confined Titanium Oxide"Transactions of the Material Research Society of Japan. (印刷中). (2000)

M.Ohtaki、K.Miyake：“二维量子限制二氧化钛的合成和电子特性”日本材料研究学会会刊（2000 年出版）。