Thermally Activated Wide-Gap Semiconductor Single Nanoparticles for Thermal Catalytic Function

用于热催化功能的热激活宽禁带半导体单纳米粒子

• 批准号: 22H01915
• 负责人: 川崎 英也
• 金额: $ 10.48万
• 依托单位: Kansai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01915/
• 关键词: 半導体ナノ粒子; 超音波; 熱触媒; 有機物の完全分解反応; 水の完全分解反応; 超音波キャビテーション; 超音波触媒; ジルコニアナノ粒子; 金ナノクラスター; 活性酸素; 金属ナノクラスター; 光触媒

本研究では、高温高圧の超音波キャビテーション気泡内で熱励起できる半導体シングルナノ粒子の粒子設計指針を明らかにし、半導体シングルナノ粒子の熱触媒機能を開拓することを目的としている。対象とするナノ粒子は、(1)金ナノクラスター(Au NCs)、及び(2)ジルコニア(ZrO2)ナノ粒子である。AuNCs系では、超音波照射下で発現するAuNCsの熱触媒活性による音増感作用(活性酸素種である一重項酸素、1O2生成)を調査した。Au NCsの1O2生成能における、1)配位子効果(pMBA-Au NPs < Au25(pMBA)18 < Au144(pMBA)60)、2)サイズ効果（Au25(SG)18 < Au25(capt)18 < Au25(pMBA)18）、及び3)超音波照射条件（超音波周波数（200kHz-1000 kHz）及び超音波パワー（1-8 W））の効果を明らかにした。特に、超音波照射条件では、高温高圧超音波キャビテーション気泡のエネルギーが大きい「450kHz」の条件において、AuNCsの熱触媒活性による音増感作用が最大となることが示された。ZrO2ナノ粒子においては、平均粒径80nm、20nm、及び5nmの粒径の異なる3種類のナノ粒子を合成し、その超音波照射下でのZrO2ナノ粒子の熱触媒活性で発現する水分解によるヒドロキシラジカル生成を調査した。その結果、ヒドロキシラジカル生成能は、（5nm）＞（20nm＞（80nm）となり、最も粒径が小さい半導体シングルナノ粒子が高い熱触媒活性能を示すことが明らかとなった。他方、紫外可視光照射によるZrO2ナノ粒子の光触媒活性によるヒドロキシラジカル生成では、ZrO2ナノ粒子（80nm）＞ZrO2ナノ粒子（20nm＞ZrO2シングルナノ粒子（5nm）となり、超音波照射下での熱励起とは異なる粒径依存性を示した。

This study で は, high temperature and high 圧 の ultrasound キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 気 で hot wound up inside the bubble で き る semiconductor シ ン グ ル ナ ノ の particles design pointer を Ming ら か に し, semiconductor シ ン グ ル ナ ノ particle の thermal catalytic function を pioneering す る こ と を purpose と し て い る. Like と seaborne す る ナ は ノ particles, (1) gold ナ ノ ク ラ ス タ ー (Au replication), and び (2) ジ ル コ ニ ア (ZrO2) ナ ノ particle で あ る. The AuNCs series で で and under ultrasound irradiation で exhibit するAuNCs <s:1> thermal catalyst activity による sound enhancement effect (active acid species である monomeric acid, 1O2 generation)を investigation た た. Au NCs <s:1> 1O2 generation energy における, 1) coordination effect (pmbas -Au NPs < Au25(pMBA)18 < Au144(pMBA)60), 2)サ ズ effect (Au25(SG)18 < Au25(capt)18 < The effects of Au25(pMBA)18) and び3) ultrasonic irradiation conditions (ultrasonic frequency (200kHz-1000 kHz) and び ultrasonic パワ パワ (1-8 W)) are を obvious ら に に た. に, ultrasound irradiation conditions で は, high temperature and high 圧 ultrasound キ ャ ビ テ ー シ ョ ン 気 bubble の エ ネ ル ギ ー が big き い "450 KHZ の conditions に お い て, AuNCs の thermal catalytic activity に よ る sound sense of rights role が biggest と な る こ と が shown さ れ た. ZrO2 ナ ノ particle に お い て は, average particle size of 80 nm, 20 nm, and 5 nm び の の different particle size な る 3 kinds の ナ ノ particle を synthetic し, そ の under ultrasound irradiation で の ZrO2 ナ ノ particle の thermal catalytic activity で 発 now す る water decomposition に よ る ヒ ド ロ キ シ ラ ジ カ ル generated を survey し た. そ の results, ヒ ド ロ キ シ ラ ジ カ ル can generate は, (5 nm) > (20 nm > (80 nm) と な り, most も small size が さ い semiconductor シ ン グ ル ナ ノ high particle が い thermal catalytic activity can を shown す こ と が Ming ら か と な っ た. Fang, ultraviolet visible light irradiation に よ る ZrO2 ナ ノ particle の photocatalytic activity に よ る ヒ ド ロ キ シ ラ ジ カ ル generated で は, ZrO2 ナ ノ particles (80 nm) > ZrO2 ナ ノ particles (20 nm > ZrO2 シ ン グ ル ナ ノ particles (5 nm) と な り, under ultrasound irradiation で の heat excitation on と は different な る particle size dependence を shown し た.

项目成果

超音波キャビーテーション場で誘起される液体金属粒子の触媒作用 ：エタノールから酸化グラフェンの生成

超声空化场诱导液态金属颗粒的催化：乙醇生成氧化石墨烯

• 发表时间: 2022
• 作者: 大槻朋子;杉野史弥 ;山本健 ;川﨑 英也
• 通讯作者: 川﨑 英也

Google Scholar -HIdeya Kawasaki-

谷歌学术 -HIdeya Kawasaki-

国立成功大学(その他の国・地域 台湾)

国立成功大学（台湾其他国家/地区）

Singlet Oxygen Generation Using Thiolated Gold Nanoclusters under Photo- and Ultrasonic Excitation: Size and Ligand Effect

在光和超声波激发下使用硫醇化金纳米团簇产生单线态氧：尺寸和配体效应

• DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c05404
• 发表时间: 2022
• 期刊: The Journal of Physical Chemistry C
• 作者: Yagi Junichi;Ikeda Atsuya;Wang Liu-Chun;Yeh Chen-Sheng;Kawasaki Hideya
• 通讯作者: Kawasaki Hideya

超音波励起金ナノクラスターによる一重項酸素生成とその配位子およびサイズ効果

超声激发金纳米团簇产生单线态氧及其配体和尺寸效应

• 发表时间: 2022
• 作者: Masashi Kobayashi;Takashiro Akitsu;Masahiro Furuya;Tetsushi Sekiguchi;Shuichi Shoji;Takashi Tanii and Daiki Tanaka;吉水 寛人，大嶋 梓，山口 真澄，部家 彰，住友 弘二;池田 篤哉，八木 淳一，川﨑 英也
• 通讯作者: 池田 篤哉，八木 淳一，川﨑 英也