Development of large-scale synthesis method for small-diameter inorganic nanotubes and their applications

本研究は、これまで開発してきた無機ナノチューブ（INT）の合成技術を進化させ、これまでに無い複数組成かつ小径のINTの大量合成技術を開発すること、そして得られた小径INTの構造・組成の自由度を駆使し、バルク光起電力効果・水素発生触媒性能等を解明することを目的としている。2022年度は、その目標達成に向けて、①大量合成に適したINT合成技術の開発、②異なる遷移金属・カルコゲンを用いたINTの組成の制御、③INTの触媒応答および物性の解明に取り組み、以下を実現した。①大量合成に適したINT合成技術の開発：気相合成によりINTの前駆体である酸化タングステンナノワイヤをシリコン基板上に形成し、絶縁体基板上に転写した後に硫化することによって、高品位かつ小径のINT（直径10 nm程度）を得る合成技術を実現した。さらに、前駆体合成を絶縁体基板上で行えるように工夫し、前駆体合成からNT合成までシームレスに行える合成技術に改良した。②異なる遷移金属・カルコゲンを用いたINTの組成の制御：①で合成した小径のWS2-NTを鋳型として、その外壁面にMoS2を形成することによって、複数の組成のINTが同軸上に積層したMoS2/WS2ヘテロNTを実現した。さらに、WSe2-NTからWSSeヤヌスNTへの変換を可能にするINTの組成制御を実現した。③INTの触媒応答および物性の解明：HOPG基板上に合成したWS2-NTを用いて電気化学セルを形成し、その水素発生触媒性能を測定した。空間分解が可能な走査電気化学顕微鏡を用いて、形状観察と電気化学測定を同時に行い、INTからの水素発生反応を分離することに成功した。また、小径のWS2-NTの光学特性を明らかにし、小径のINTに由来する発光波長の変調を見出した。

本研究は、これまで開発してきた無機ナノチューブ（INT）の合成技術を進化させ、これまでに無い複数組成かつ小径のINTの大量合成技術を開発すること、そして得られた小径INTの構造・組成の自由度を駆使し、バルク光起電力効果・水素発生触媒性能等を解明することを目的としている。2022年度は、その目標達成に向けて、①大量合成に適したINT合成技術の開発、②異なる遷移金属・カルコゲンを用いたINTの組成の制御、③INTの触媒応答および物性の解明に取り組み、以下を実現した。①大量合成に適したINT合成技術の開発：気相合成によりINTの前駆体である酸化タングステンナノワイヤをシリコン基板上に形成し、絶縁体基板上に転写した後に硫化することによって、高品位かつ小径のINT（直径10 nm程度）を得る合成技術を実現した。さらに、前駆体合成を絶縁体基板上で行えるように工夫し、前駆体合成からNT合成までシームレスに行える合成技術に改良した。②異なる遷移金属・カルコゲンを用いたINTの組成の制御：①で合成した小径のWS2-NTを鋳型として、その外壁面にMoS2を形成することによって、複数の組成のINTが同軸上に積層したMoS2/WS2ヘテロNTを実現した。さらに、WSe2-NTからWSSeヤヌスNTへの変換を可能にするINTの組成制御を実現した。③INTの触媒応答および物性の解明：HOPG基板上に合成したWS2-NTを用いて電気化学セルを形成し、その水素発生触媒性能を測定した。空間分解が可能な走査電気化学顕微鏡を用いて、形状観察と電気化学測定を同時に行い、INTからの水素発生反応を分離することに成功した。また、小径のWS2-NTの光学特性を明らかにし、小径のINTに由来する発光波長の変調を見出した。