ボトムアップ法により合成される金属酸化物ナノシート—触媒および分離膜への応用—

抄録

二次元金属酸化物ナノシートは，高比表面積や表面酸特性などの特徴を有し，固体酸触媒や光触媒などの分野で注目を集めている。ナノシートは一般にはトップダウン的な手法，いわゆる層状化合物からの"剝離法"により得られるが，ナノシートの破砕や再凝集が起こるなどの欠点があり，また高温 · 長時間の焼成や2D結晶層の剝離処理を必要とし，量産化のためには簡易な合成手法の開発が望まれている。本研究では界面活性剤を用い，金属アルコキシドの加水分解 · 重縮合反応によるボトムアップ法により，多層チタン酸ナノシートおよび単層ニオブ酸ナノシートを開発した。本手法により得られる金属酸化物ナノシートの形成プロセスや，界面活性剤による表面修飾効果を明らかとした。また，有機色素の光分解や水の光分解による水素生成に応用し，ナノシート材料と異種2Dナノシート（酸化グラフェンやMoS₂）との複合化による効果的な触媒機能を発現させた。さらに，これらナノシートを積層することにより得られる積層型ナノシート膜が，水中で安定かつアニオン性色素や塩に対して高い分離機能を有し，分離膜として機能することを見出した。