hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
熱帯林の劣化ステージに対応した土壌有機物の分解機構の解明

森林劣化の進行するカンボジア中央部において森林の劣化前後で土壌調査を行い、土壌有機物の分解速度を明らかにするとともに、その規定因子を指摘した。さらに既往の土壌調査報告と未公表データの整理により、同地域における新たな土壌炭素データセットを構築し、公開のための技術文書をまとめた。同データセットにもとづき、国レベルの土壌炭素貯留量とその分解ポテンシャルを推定するモデルの開発を行った。熱帯地域において土壌有機物は、元来貧弱な土壌の養分保持機能を強化し、透水・排水性を改善することで農林地における生産活動を支える、人間の生存基盤である。この為、熱帯地域における森林減少と森林劣化(以下森林劣化)に伴う土壌有機物の分解プロセスの解明と、分解速度の予測精度の向上が求められている。本研究は東南アジアの熱帯林において、森林劣化の前後で土壌有機物の存在形態と化学特性の比較を行い、森林劣化の進行が土壌有機物の分解速度に与える影響を明らかにするものである。今年度はまずカンボジア森林局において、2010年の森林インベントリ調査で得られた、カンボジア中央部の20サイトの土壌試料を取得した。加えて、その中の10サイトにおいて調査区の復元と再調査を行った。10サイトのうち3サイトはキャッサバ畑に転換されており、残りの7サイトは異なる強度の伐採影響を受けていた。キャッサバ畑ではGPSの座標情報に基づき調査区を復元した。森林の保存状態がよいサイトでは、2010年の土壌調査断面(1サイトにつき4地点反復)の跡を確認できた。次に、これまでにカンボジアで取得された、土壌有機物の存在形態のデータ解析を行った。土壌有機物の存在形態に影響すると予想された因子(森林の常緑・落葉性、土壌中の酸化物量、最低月間降水量)について検討した結果、植物遺体と有機無機複合体に由来する土壌有機物の量はいずれも、土壌中の酸化アルミニウムの量と相関があり、森林のタイプや気候条件に左右されないことを明らかにした。また、熱帯林において伐採後に速やかに分解される植物遺体タイプの土壌炭素含量の推定式を作成し、この地域の土壌有機物の構成を広域的に評価する方法を提案した。本研究は森林劣化の進行する東南アジアの熱帯林において、森林劣化の前後で土壌有機物の化学特性の比較を行い、森林劣化の進行が土壌有機物の分解速度に与える影響を明らかにするものである。昨年度はカンボジア中央部の10サイトにおいて、森林の劣化度合いを確認するとともに、2010年と2014年時点の葉リターおよび土壌試料を取得した。10サイトのうち3サイトはすでに森林からキャッサバ畑に転換されている。葉リター試料について各サイト4反復の計80点、土壌試料について3深度(0-5、5-10、15-30 cm)の計240点取得した。今年度はこれらの試料について全炭素全窒素分析を行い、土壌炭素蓄積量の経年変化の評価を試みた。加えて土壌pH(H2O)の変化についても検討した。葉リターの蓄積量は全体的に減少傾向を示し、2014/2010年の平均値が0.55であった。森林劣化に伴う土壌の圧密の指標となる細土容積重は2014/2010年の平均値が、0-5cm、5-15cm、15-30cmでそれぞれ0.98、0.95、0.95であり、森林劣化に伴い土壌の緻密化と細土容積重の増加が起こるという予想に反した。土壌炭素蓄積量の変化は不明瞭であり、キャッサバ転換サイトでも深さ0-30cmで1-2%の減少に留まった。4年間で1-2%の減少は、同じカンボジアのゴム林転換サイトの減少分(10年以内に40%減少)と比べて極めて小さく、土地利用形態の違いに加え、砂質、粘土質といった土性の違いが影響していると考えられた。またキャッサバ転換サイトでは土壌pH(H2O)が上昇する傾向が見られた。pH(H2O)上昇の要因として、土地利用変化に伴う火入れや土壌有機物の無機化の影響が考えられた。予定通り葉リターと土壌試料の分析を行うことができた。現地調査を行うとともに、来年度の進め方についてもカウンターパートと協議することができた。本研究は森林の減少と劣化の進む熱帯地域において、熱帯林の劣化段階に応じた土壌有機物の減少速度とその規定因子を明らかにするとともに、土壌有機物の炭素貯留量を面的に評価する科学的ツールを開発するものである。今年度はカンボジアの森林域において、国レベルの土壌有機物の炭素貯留量とその変化量を推定するモデルの構築を行った。カンボジアの国土を7616の格子点に分割し、土壌炭素動態モデルCENTURYをベースとして、Climatic Research Unitの月別気象データを適用した。また土壌有機物の炭素貯留量に影響を与える因子として、火災履歴と、土壌の粒径組成に関するパラメータの調整を行った。その結果、バイオマスや枯死木の減少に対応した、土壌有機物の動態モデルのプロトタイプを構築した。このモデルによってカンボジアの主要な森林帯であるKoh Kong(丘陵地、多雨、砂質土壌)、Kampong Thom(低地、降雨中程度、砂質土壌)、Mondul Kiri(丘陵地、降雨中程度、粘土質土壌)、Kratie(低地、降雨中程度、礫質土壌)等の地域間の土壌有機物の炭素貯留量のバリエーションを表現できることを確認した。今後、これまでカンボジアで収集した農耕地や荒廃地等の土壌有機物の観測データにもとづき、モデルパラメータのさらなる調整と検証を行う。

さらに今年度は、一昨年度に取得した土壌試料について、土壌の粒径組成に関する実験準備を進めた。しかしながら、平成28年の熊本地震により実験設備が被災し、予定した作業を行うことができなかった。このため補助事業期間の延長を申請し、実験設備の復旧を進めている。以上の実験データも、土壌有機物の動態モデルの精緻化に利用される。土壌有機物の炭素貯留量を面的に評価するモデルの構築を行ったが、土壌の粒径組成に関する実験作業は完了することができなかった。昨年度までに、土壌有機物の動態モデルの開発を目的とした土壌炭素データセットを構築した。今年度は、同データセットを研究資料として公開するための編集作業を行った。公開データはカンボジア国の森林66地点(新規公開の34地点を含む)、土壌層位数309点から構成される。メタデータとして、座標情報、植生型、最大深度、調査時期等が含まれる。データセットとその仕様書は2018年6月に、森林総合研究所の研究報告資料として公開される予定である。次にデータセットを利用して、カンボジア国における土壌炭素の貯留量の広域推定を行った。カンボジアの国土を7616の格子点に分割したのち、データセットの土壌炭素貯留量を目的変数、植生型と月別気象値を説明変数とした重回帰分析を行った。月別気象値は英国のClimatic Research Unitのデータを利用した。回帰の結果、重相関係数は0.87であった。植生型および乾季の降水量は、土壌炭素貯留量に強く影響を与える因子と考えられた。さらに、本研究課題において初年度に構築した、熱帯林の消失に伴い放出されやすい土壌炭素貯留量の推定手法を適用し、熱帯林の劣化に伴う土壌有機物の分解ポテンシャルの広域推定を行った。以上の成果は、途上国の森林減少抑制のための国際的メカニズムであるREDDプラスにおいて求められる、参照レベルの設定に貢献するものである。また2017年12月にリリースされた、全球土壌炭素マッピングプロジェクトGSOCの熱帯林地域の精度向上に資するものである。森林劣化の進行するカンボジア中央部において森林の劣化前後で土壌調査を行い、土壌有機物の分解速度を明らかにするとともに、その規定因子を指摘した。さらに既往の土壌調査報告と未公表データの整理により、同地域における新たな土壌炭素データセットを構築し、公開のための技術文書をまとめた。同データセットにもとづき、国レベルの土壌炭素貯留量とその分解ポテンシャルを推定するモデルの開発を行った。事前の予想通りに対象地域の森林劣化が進行している。全体計画の8割程度に相当する10サイト40地点の土壌調査を行うことができた。土壌の物理性データ(容積重)の集計は、当初の計画より進んでいる。原著論文を掲載しており、成果公表も含めて順調に進展している。土壌試料の追加分析を行う。熱帯林の劣化状態と土壌有機物の分解過程をつなげる物質循環モデルのパラメータを整備する。土地利用変化の広域データと連結させ、面的評価を行う。成果をとりまとめ原著論文を投稿する。土壌試料の分析を行う。土壌有機物動態モデルの精緻化を進める。カンボジアの環境省および森林局のカウンターパートとコンタクトをとり、論文執筆の打ち合わせを行う。成果をとりまとめて原著論文を投稿する。
ポートフォリオ評価を活用したオンディマンド型講義における学生評価法の開発

ポートフォリオの1つとしてビジュアル型レポートを考案したが、レポート作成の学生への負荷が予想以上に高く、仕事と学習とのバランスに多大な影響を与えることが想定された。生涯学習としての高等教育という観点から、さらに学習行動の分析が必要であると思われた。そこで、訓練型のe-learningではなく、学校型e-learningシステムとして、早稲田大学e-schoolの実践の中で、学生の学習履歴(ポートフォリオ)の活用による評価を試みた。また、学校生活の要素であるホームルームのログの再分析を行なった。すなわち、学習面と学生生活面との両面から、e-learningによる学習評価を行なった。学習面では、BBS上のグループ討論の活発性に関して、活発、非活発の2グループとそれらの中間に位置するグループ間の比較をテキストデータマイニングを用いて明らかにした。その結果、話し合いを活性化するのは具体的な数字などデータを含む投稿であり、一方話し合いを抑制するのは、抽象度が高く投稿者のはっきりした価値観が表現されている発言であることが示された。学生生活面では、ホームルームBBSのカテゴリー分析を行なった結果、学習者同士のコミュニティの形成にホームルーム(HR)が役立っていることが示された。HRは、学習者の社会心理的なサポートと学習活動スキルや学習に関する情報の共有といった学業的支援の両面を持っていると考えられた。しかし、ROM(read only member)がクラスの60%存在し、受動的参加にとどまっていると推察された。いずれにおいてもBBSに書き込むという能動性をどのように引き出すか、それを支援するためにBBSのログを中心としたポートフォリオの活用が学校型e-learningにおいては学習マネジメントとしてだけではなく、学習評価法としてどのように位置づけるかが課題であると考えられた。本年度は、早稲田大学人間科学部e-スクールにおける、ホームルーム(HR)および講義におけるグループ・ディスカッションのログの分析を行なった。遠隔教育においては学習者が他の学生や教員との相互作用が取りにくく、その結果として学習コミュニティが成立せず、ドロップアウトが増加することが指摘されている。オンディマンド型講義においても、学習成立の要件であるHRやグループ・ディスカッションでの相互作用を評価観点として組み入れる必要があると考える。その結果、HRは学校における休み時間のような役割を果たし、それが学習成立を支えていることが支持された。また、グループ・ディスカッションにおいてもBBSが十全に機能するかいなかも人間関係に左右されることが示された。また、高等教育機関におけるe-Learningの実践/評価の研究として、ほぼすべての授業がストリーミング動画像として配信される早稲田大学人間科学部e-スクールの実践において、主として収録場所(スタジオ、教室)の違い、画質、音質等の観点から授業コンテンツの品質の評価を実施し、日本教育工学会等で報告した。さらに、動画像が添付可能なBBS・システムを開発し、所沢市内の教員研修で試行を行なった。これは、学生によるレポート形式に動画を組み込んだ形式を導入する準備として行なったものである。学生のレポート形式として、受講生に対して行なった「いじめ」に関する調査データを共有し、その分析を考察を行なわせたレポートや授業記録の配信とそれに基づくBBSでの教師インタビューを行い、それらのログをデータとしてのレポートなど、静止画や動画によるレポート形式の試行を行なった。本年度は、e-school講義「総合演習」において、受講生による学校観察を行った。その際、対象校の好きなところ、嫌いなところ、改善できるところ、等の観点を与え、ビデオカメラ及びデジタルカメラにより動画、静止画による記録を行わせた。その後、グループ活動による映像情報を用いたプレゼンテーションの作成及び発表を行い、その経験をベースに各自、映像を組み込んだレポート作成を行った。現状では、静止画を組み込んだレポート作成は従来の文字ベースのレポートに比べ、学生の表現スタイルあるいは表現内容を豊かにする可能性が示唆されるが、動画を用いるには編集等の動画加工技術及び環境が不十分であるため、実践上は問題が残った。また、レポート提出に関しても添付ファイルの容量等の制約があり、インターネットを介した非同期型映像情報を主としたコミュニケーションには制約が大きいことが示唆された。また、BBSを用いた、テキストベースの討論の分析を行った。5人ないし10人のグループ討論において、討論が展開する事例と展開しない事例とに分かれた。その要因としては、討論のテーマのブレイクダウンのレベル、コーディネータの存在が考えられたが、互いがまったく面識がない状態からテキストベースの討論をスタートすることがBBS上の討論を左右する要因を規定することが示唆された。すなわち、BBS上の討論においても映像情報の役割を考える必要性がある。さらに、e-schoolにおいて学習経験が1年以上ある学生と新入生との混合クラスにおいては討論はよりスムーズに展開される可能性が高いことも示唆された。すなわち、個々の学生の学習履歴を踏まえたBBS討論の構成の必要があるだろう。ホームルームでのBBSについては、ヨーロッパ教育学会にて研究成果を発表した。

学習面では、BBS上のグループ討論の活発性に関して、活発、非活発の2グループとそれらの中間に位置するグループ間の比較をテキストデータマイニングを用いて明らかにした。その結果、話し合いを活性化するのは具体的な数字などデータを含む投稿であり、一方話し合いを抑制するのは、抽象度が高く投稿者のはっきりした価値観が表現されている発言であることが示された。学生生活面では、ホームルームBBSのカテゴリー分析を行なった結果、学習者同士のコミュニティの形成にホームルーム(HR)が役立っていることが示された。HRは、学習者の社会心理的なサポートと学習活動スキルや学習に関する情報の共有といった学業的支援の両面を持っていると考えられた。しかし、ROM(read only member)がクラスの60%存在し、受動的参加にとどまっていると推察された。いずれにおいてもBBSに書き込むという能動性をどのように引き出すか、それを支援するためにBBSのログを中心としたポートフォリオの活用が学校型e-learningにおいては学習マネジメントとしてだけではなく、学習評価法としてどのように位置づけるかが課題であると考えられた。
量子系におけるコヒーレント制御理論の構築及びその応用

進化的計算を利用し、パルス形や振動数成分について拘束条件が課された現実的な制御レーザーパルスの設計を行った。この際、進化的計算のアルゴリズムとして交差モデルとして拡張正規分布交差を、世代交代モデルとして最小世代間断裂モデルを採用している。また、ラムダ型3準位系における定常レーザー場を用いた分布制御について新たな機構を提案した。この際、電磁波を量子化することにより分子とレーザー場が強く結合した状態を「着衣の状態」として取り扱った。シュレディンガー方程式の解析解を求め、目的の終状態への遷移が最大になる様に強度、振動数等のレーザーパラメータを設計した。中間状態に緩和が存在する場合についても検討を行ったところ、緩和が小さい場合は準位分布の振動を規定している固有振動の位相をうまく合わせる様にレーザー強度と離調の関係を調整する方法が有用であることが分かった。一方で、緩和が大きい場合は、離調を十分大きくとり中間状態の分布を極力抑える手法が有効であった。一方、観測による波束の収縮を量子系の駆動力として捕らえることにより、新たな量子制御のスキームの構築を試みた。デコヒーレンスを能動的に起こさせる手段として量子系における観測操作に注目し、「位相をそろえる」というコヒーレント制御的な操作と「位相を破壊する」という観測操作をうまく組み合わせた新たな量子制御の可能性を提示した。この際、観測操作に対応する量子力学的演算子の定義、観測操作下における時間発展を記述する運動方程式の導出及び計算方法を確立した。構築した理論をラムダ型3準位系に適用したところ、観測が行われない場合に見られた準位分布の移動が観測によって誘起されたデコヒーレンス効果によって阻害されることが明らかになった。この結果は、観測操作を系に対する制御入力とみなす新たな量子制御の可能性を示唆している。初年度の主な研究成果として、分子の振動ダイナミクスのコヒーレント制御において不可欠であるレーザー場設計の一般理論の構築が挙げられる。この際、現在の波動関数がどれだけ望ましい物理的性質を有しているかの尺度となる評価指数を定義し、この量の単調増加を保証する局所制御理論を基に定式化を行った。その結果、制御可能である物理量(制御量)演算子が従うべき運動方程式を導き出すことに成功し、その微分方程式が系のハミルトニアンのみに依存することを明らかにした。また、フッ化水素分子のモデル系を例にとり、本理論によって得られた制御場の一般表式を以下に挙げる様々な量子制御について適用しその有用性を明らかにした。【1】固有量子状態の占有量分布制御評価指数を目標の占有状態分布と実際の占有分布との差が反映される量として定義することによりレーザー場の設計が可能になった。【2】光学遷移経路の制御遷移経路の中間状態に偏った重みパラメータを対応させ、少ない重みから大きい重みを持つ状態に系の状態が遷移するように評価指数を定義することにより実現された。【3】振動波束動学の制御レーザー場が存在しない条件下で終時刻において目標波束に到達する「時間発展する目標波束」を導入した。この目標波束への射影演算子は制御演算子の満たすべき方程式を満足していることを確認し、評価指数をこの射影演算子との重なりと取ることにより終時刻における波束の成形を可能とするレーザーパルス設計を行った。平成14年度に構築したレーザー場設計の一般理論である局所制御理論を、波束のトラッキング問題に適用した。この際、制御指針となる評価指数を定義するために「レーザー場が存在しない状況下で時間発展し終時刻で望みの量子状態に一致する波束」(時間発展する目標波束)を複数導入し、それらと現在の波束との重なりが単調増加する様にレーザー場の設計を行った。その様に設定することにより、波束の中間・終時刻における波束の動力学を制御することが可能になった。一方、レーザーのパルス形や振動数成分について拘束条件が課すことにより、実験的に実現が容易である制御場の設計を試みた。この際、汎用最適化手法である進化的計算を用いてレーザーのパラメータの最適化行っている。進化的計算で用いられる交差のモデルとしては実数値パラメータの最適化に適しているENDX(extended normal distribution crossing=拡張正規分布交差)を、世代交代のモデルとしてMGG(minimal generation gap)を用いている。また、評価に不可欠である時間依存のシュレディンガー方程式の数値積分の負担を軽減するため、フロケの定理を適用することによりハミルトニアンに含まれる激しい振動成分を取り除いた。この手法を同位体分子の選択励起の問題に適用し、レーザーパルスのパラメータ最適化を行ったところ、2種類の制御スキームが得られた。換算質量比が大きいときは単一πパルスが提示される一方、換算質量比が小さく準位が近接している場合はπ/2パルスのシークエンスが有効であることが示された。最適化されたレーザーパルスの下における系の時間発展を解析したところ、後者の場合におけるパルス間の遅延時間は、同位体分子に生成された波束の相対位相がπずれるまでに必要な時間であることが明らかにされた。

シュレディンガー方程式の解析解を求め、目的の終状態への遷移が最大になる様に強度、振動数等のレーザーパラメータを設計した。中間状態に緩和が存在する場合についても検討を行ったところ、緩和が小さい場合は準位分布の振動を規定している固有振動の位相をうまく合わせる様にレーザー強度と離調の関係を調整する方法が有用であることが分かった。一方で、緩和が大きい場合は、離調を十分大きくとり中間状態の分布を極力抑える手法が有効であった。一方、観測による波束の収縮を量子系の駆動力として捕らえることにより、新たな量子制御のスキームの構築を試みた。デコヒーレンスを能動的に起こさせる手段として量子系における観測操作に注目し、「位相をそろえる」というコヒーレント制御的な操作と「位相を破壊する」という観測操作をうまく組み合わせた新たな量子制御の可能性を提示した。この際、観測操作に対応する量子力学的演算子の定義、観測操作下における時間発展を記述する運動方程式の導出及び計算方法を確立した。構築した理論をラムダ型3準位系に適用したところ、観測が行われない場合に見られた準位分布の移動が観測によって誘起されたデコヒーレンス効果によって阻害されることが明らかになった。この結果は、観測操作を系に対する制御入力とみなす新たな量子制御の可能性を示唆している。
チタノセン(II)により促進される不飽和化合物のクロスカップリング

本年度は二価チタノセンにより促進される各種不飽和化合物の反応について研究した。はじめに二価チタノセン-(Z)-アルケニルスルホン系を用いる不飽和化合物のアルケニル化反応について検討し、二価チタノセン存在下、(Z)-アルケニルスルホンにアルデヒドを作用させるとアリルアルコールがE-選択的に生成することを見出した。NHK反応などのカルボニル化合物のアルケニル化反応ではアルデヒドに比較してケトンに対する反応性が低下することが知られているが、アルケニルスルホンを利用するこの反応ではケトンも収率良く三級アリルアルコールに変換された。カルボニル化合物のかわりにアルキンを作用させると、チタナシクロペンテンの形成を経て反応が進行し、共役ジエンが立体選択的に得られた。この反応では導入されるアルケニル基はE体であり、アルキンに由来する二つの置換基は互いにシスであることが分かった。この反応を脱離基であるスルポニル基を持っアルキニルスルホンに拡張すると、チタナシクロペンテンのβ脱離を伴う開環により生じたα-スルポニルジエニルチタン化合物がさらに二価チタノセンにより還元され、チタン-ビニルビニリデン錯体が生成した。これにカルボニル化合物を作用させるとアルケニルアレンがE-選択的に生成した。α,β-不飽和カルボニル化合物を用いた場合にはジアルケニルアレンが得られた。またγ-クロロアリルスルフィド、1,1-ジクロロシクロプロパン誘導体、マルチチオアセタールと二価チタノセンの反応により生成するアルケニルカルベン錯体、シクロプロピリデン錯体、マルチカルベン錯体と不飽和化合物の反応についても検討し、これらの有機チタン化合物とカルボニル化合物との反応により、それぞれ相当するオレフィン化生成物が得られることを見出した。
局在プラズモン共鳴にもとづく有機薄膜太陽電池の高効率化

有機薄膜太陽電池は新たな太陽電池として注目されているが,活性層の膜厚はナノメートルからミクロンスケールと薄く光吸収の効率は低い.本申請課題では,金属ナノ構造配列からなる光アンテナの光捕集効果にもとづいた光吸収効率の改善による有機薄膜太陽電池の高効率化を目的とし,研究を実施した.検討の結果,変換効率の低いセルに対し光アンテナを導入することで変換効率が改善される場合があることが観察された.昨年度の検討の結果,光電変換効率の低い有機薄膜太陽電池セルに金ナノドットアレーを導入することで,変換効率が向上する傾向があることが観察された.本年度は,光電変換効率のさらなる改善を目指し,昨年度に引き続き,ナノドットアレーの形成手法に関して検討を加えた.これまでに,金ナノドットに加えて,アスペクト比が2程度の金ナノロッドの形成が観察されている.本年度は,近赤外光の効率的な利用にもとづいた有機薄膜太陽電池の高効率化へ適用可能な,近赤外光の効果的な捕集が可能な光アンテナの形成を目的として,高アスペクト比を有する金ナノロッドの形成に関して基礎的な検討を行った.金ナノロッドアレーの形成には,昨年度までの検討と同様,陽極酸化ポーラスアルミナを蒸着マスクとして用いた.陽極酸化ポーラスアルミナを配置した基板に対して金を斜めから蒸着し,ポーラスアルミナのナノ細孔の位置に対応した基板の一部へ金を堆積させることで,高アスペクト比を有する金ナノロッドを形成した.検討の結果,アスペクト比が5程度の金ナノロッドの形成が可能となった.そして,本ナノロッドアレーは,波長1.52.5μmに対応した光アンテナとして機能する事が確認された.さらに,効率的な光捕集系の構築を目的として,金ナノロッドの3次元配列形成に関して検討を行った.検討の結果,金と誘電体(Al2O3)が交互に積層された,金ナノロッドの3次元配列の形成が観察された.有機薄膜太陽電池は新たな太陽電池として注目されているが,活性層の膜厚はナノメートルからミクロンスケールと薄く光吸収の効率は低い.本申請課題では,金属ナノ構造配列からなる光アンテナの光捕集効果にもとづいた光吸収効率の改善による有機薄膜太陽電池の高効率化を目的とし,研究を実施した.検討の結果,変換効率の低いセルに対し光アンテナを導入することで変換効率が改善される場合があることが観察された.薄膜系太陽電池は低コスト,大面積,軽量,フレキシブルなど様々な利点が期待できることから,新規な太陽電池として活発に研究されている.一般的に,薄膜系太陽電池の発電層の膜厚は,ナノメートルサブマイクロメートルスケールと非常に薄く,光吸収の効率は低い.そこで,光を効率的に捕集する手法として,金属ナノ構造からなる光ナノアンテナの適用が提案されている.金属ナノ構造体に光を照射する際,入射光電場により自由電子が周期的に振動する局在表面プラズモン共鳴(LSPR)にもとづき効率的な光捕集を可能とし,変換効率の増大はかる試みである.効率的な光捕集の実現には,ナノ構造の形状および配置を制御することが重要となるが,形状が高度に制御された金属ナノ構造体を大面積に配置し,変換効率の検討を行った例は報告されていない.形状および配置が高度に制御されたナノ構造体を大面積に形成可能な手法として,自己組織化プロセスにもとづく手法があげられる.Alを酸性電解液中で陽極酸化することにより形成される陽極酸化ポーラスアルミナは,規則ポーラス構造材料の代表的な素材であり,適切な条件で作製を行なうことにより細孔が長距離に渡って理想配列した構造が得られる.本年度は,形状制御された金属ナノドットアレーの有機薄膜太陽電池への適用,および光電変換特性の評価に関して検討を行った.その結果,陽極酸化ポーラスアルミナにもとづく金属ナノ構造体の形成手法を導入することで,形状および配列が制御されたAuナノドットアレーを有するp-n接合型およびバルクヘテロ型有機薄膜太陽電池の形成が可能であった.作製した太陽電池は局在表面プラズモン特性を示し,I-V曲線を測定することで光電変換の評価を行ったところ,光電変換効率が低い太陽電池に対してAuナノドットアレーを導入した場合に,変換効率が向上する傾向が観察された.本研究は,金属ナノ構造からなる光アンテナを応用した有機薄膜太陽電池の高効率化を目的としている.本年度は,陽極酸化ポーラスアルミナにもとづいた金属ナノドットアレーの形成と,有機薄膜太陽電池への適用を目標として検討を行った.その結果,陽極酸化ポーラスアルミナを蒸着マスクとし形状制御された金属ナノドットアレーを大面積に形成することが可能なこと,金属ナノドットアレーを有するp-n接合型およびバルクヘテロ型の有機薄膜太陽電池を形成可能なこと,および,光電変換効率の低い素子に金属ナノドットアレーを適用した場合に変換効率が向上する傾向があることを観察している.以上の事から,本年度の研究目標を概ね達成しており,研究は順調に進展していると言える.

薄膜系太陽電池の発電層は,主に可視光域に光吸収を示し,赤外光にはほとんど応答しない.太陽光の約40%を占める赤外光の利用が可能となれば,光電変換効率の高効率化が期待できる.次年度では,本年度にひきつづき,金属ナノ構造アレーを適用した有機薄膜太陽電池の作製手法について検討を加えるほか,近赤外光により光電変換可能な高効率太陽電池の形成を目的として,主に以下の事柄に関して検討を行う.局在プラズモン共鳴の波長は,金属ナノ構造体の形状に依存する.金属ナノロッドは近赤外光と効率的に共鳴することから,長方形の開口を有する陽極酸化ポーラスアルミナを蒸着マスクとしてナノロッドアレーを形成し,有機薄膜太陽電池に適用することで,光電変換の高効率化を試みる.ポーラスアルミナの開口形状の変化による,Auナノロッドのアスペクト比の制御に関して検討を行う.ナノロッドアレーの光学特性は,分光光度計を用いて測定し,FDTD法により理論的な解析を実施する.得られた赤外光アンテナアレーを組み込んだ有機薄膜太陽電池を形成し,光電変換特性の評価を行う.金属ナノ構造体の3次元配列からなる高効率光アンテナの構築と有機薄膜太陽電池への適用に関して検討を行う.近赤外光の効率的な捕集を目指し,ナノロッド型光アンテナを3次元的に規則配列させた高次光捕集システムの構築を試みる.このような構造は,矩形細孔を有するポーラスアルミナマスクを用い,角度を変化させながら順次金属蒸着を行なうことで得ることができる.本構造によれば,偏光によらず効率的に光捕集が可能となる.さらには,上下のナノロッドのアスペクト比を違えることで,より広波長帯域での光捕集が可能となり,有機薄膜太陽電池の高性能化につながるものと期待できる.このほか,異なる種類の金属を3次元的に複合させることによる応答波長域拡大に関しても検討を行う.当初計画において,特性評価システムを設備として導入することを計画していたが,現有設備により定性的な評価が可能であることがわかり,新規設備の導入を保留した.これにより繰越金が発生した.H25年度には,研究の進捗によりより詳細な特性評価が必要となれば評価設備を新規購入する予定であるが,現有設備による特性評価で進められるようであれば,その分の研究費を試薬等の購入費にあて,より一層の研究推進を図る予定である.そのほか,金属ナノ構造の形成に必要とされるめっき浴用の試薬,および金属(金,銀等の貴金属を含む),光学素子,薬品,実験器具類を含めた消耗品費として,次年度,400千円を計上する.また,本研究課題で得られた成果は,国内外の学術講演会や論文誌に発表を行っていく予定であり,旅費等の費用として450千円を計上する.また,論文誌への投稿費用として,250千円を計上する.
身障者向け眼球注視インタフェースの構築と低コスト簡易システムの実現

本研究は手足の不自由な身障者や,コンピュータに不慣れな高齢者がIT利用することを可能にする安価な,そして効率の良い眼球注視インタフェースを構築するための基礎的な技術課題を解決し,実際のインタフェースをインプリメントし,その有用性等を評価することを目的としている.この目的の下で,以下に挙げる4項目を実施した.(1)入力効率が高く,使用に際して特別の知識を必要としない簡易型タイピング・インタフェースの構築.眼球注視を利用し,安価な装置で実現するため,それほど高くない眼球注視位置の検出精度という特質を持つ.そのため,ディスプレイ上のキーは大きく,比較的少数のキー・セットでタイピング・インタフェースを構成しなくてはならない.このような制約のもと,人間の処理特性に合致したエラーの少ない,入力タイプ数の少ない効率的なインタフェースを実現した.(2)効率的な眼球注視インタフェース実現のための眼球運動特性・視覚特性の解明.眼球注視を入力インタフェースとして利用する場合,意図しない眼球運動やスキャンニング(情報の走査)の過程での短い注視など,インタフェースの実現を困難とする眼球運動特性や人間処理の特徴が存在することが知られている.ここでは,現在のキーボード・マウス・インタフェースなどの比較を通して,これらの人間処理の特性を明らかにした.(3)眼球注視インタフェースのプロトタイプの構築と有効性の評価.上記(2)に基づき,上記(1)で構築したインタフェースを拡張した複数のプロトタイプを構築し,このインタフェースの効率性,ユーザビリティなど,その有効性を評価した.(4)眼球注視インタフェースプロトタイプに対する習熟過程の検討.本インタフェースは,身障者や高齢者などの使用を対象として構築するものであるが,ここでは使い始めたときから,十分使いこなせるという,高い学習容易性の実現が重要となる.ここでは,本研究で構築したプロトタイプに対する学習プロセスに関して,詳細な検討を加えた.本研究は手足の不自由な身障者や,コンピュータに不慣れな高齢者がIT利用することを可能にする安価な,そして効率の良い眼球注視インタフェースを構築するための基礎的な技術課題を解決し,実際のインタフェースをインプリメントし,その有用性等を評価することを目的としている.この目的の下で,以下に挙げる4項目を実施した.(1)入力効率が高く,使用に際して特別の知識を必要としない簡易型タイピング・インタフェースの構築.眼球注視を利用し,安価な装置で実現するため,それほど高くない眼球注視位置の検出精度という特質を持つ.そのため,ディスプレイ上のキーは大きく,比較的少数のキー・セットでタイピング・インタフェースを構成しなくてはならない.このような制約のもと,人間の処理特性に合致したエラーの少ない,入力タイプ数の少ない効率的なインタフェースを実現した.(2)効率的な眼球注視インタフェース実現のための眼球運動特性・視覚特性の解明.眼球注視を入力インタフェースとして利用する場合,意図しない眼球運動やスキャンニング(情報の走査)の過程での短い注視など,インタフェースの実現を困難とする眼球運動特性や人間処理の特徴が存在することが知られている.ここでは,現在のキーボード・マウス・インタフェースなどの比較を通して,これらの人間処理の特性を明らかにした.(3)眼球注視インタフェースのプロトタイプの構築と有効性の評価.上記(2)に基づき,上記(1)で構築したインタフェースを拡張した複数のプロトタイプを構築し,このインタフェースの効率性,ユーザビリティなど,その有効性を評価した.(4)眼球注視インタフェースプロトタイプに対する習熟過程の検討.本インタフェースは,身障者や高齢者などの使用を対象として構築するものであるが,ここでは使い始めたときから,十分使いこなせるという,高い学習容易性の実現が重要となる.ここでは,本研究で構築したプロトタイプに対する学習プロセスに関して,詳細な検討を加えた.現在ITは一般ユーザのみならず、身障者や高齢者の生活の質(quality of life)の向上に対する大きな寄与が期待されている。しかしながら、現状ではコンピュータ・インタフェースがキーボードとマウスなどの入力方式が主流であり、手足の不自由なユーザは使用できない。そこで本研究は、ALS(amyotrophic lateral sclerosis;筋萎縮性側索硬化症)のような重度の難病患者のための眼球注視インタフェース設計の方法論と、それを利用したプロトタイプ・システムの構築を目指すものである。本年度の研究においては、以下の成果を得ることができた。(1)眼球注視インタフェースの設計に関する全体枠組の設定と課題検討眼球注視インタフェースの研究開発における先行研究のサーベイとともに、本研究全体の計画、ならびにここで目指すシステムの基本コンセプト、仕様を決め、これに必要な技術的課題を明確にした。(2)眼球注視インタフェース設計の課題検討のためのタスク分析の実施眼球注視インタフェース設計の重要課題ならびに必要要件や機能などを明らかにするため、タスク分析を実施した。このタスク分析(実験)において被験者の眼球運動データ、および行動や挙動のビデオデータ、プロトコル・データ(発話データ)などの実験データから、眼球注視インタフェースの有効性を確認するとともに、従来から知られているミダス・タッチ問題の存在なども確認した。(3)眼球注視インタフェースのための効率的タイピング・インタフェースの構築と実験的評価低コストの眼球注視インタフェースに適応できるような、ディスプレイ上に大きなキーエリアをもつ少数のキー・セットによる効率的なタイピング・インタフェースを構築し、マウス、ヘッドトラッキング・インタフェースなどと比較することより、その有効性を実験により評価し、概ね良好なことを確認した。本年度は,前年度に構築した眼球注視インタフェース設計の方法論を適用し,実際に眼球注視

インタフェースのプロトタイプを構築するとともに,これをユーザビリティの観点から評価した.具体的には,以下のような成果を得た.(1)効果的な眼球注視インタフェース実現のための人間の視覚特性・眼球運動特性の解明とその適用への検討前年度に構築したタイピング・インタフェースを,眼球注視によるタイピングと組み合わせた眼球注視インタフェースの設計を行うため,人間の眼球運動特性・視覚特性を解明するための実験を行った.これらの研究成果について,人間工学国際会議(15th Triennial Congress of the International Ergonomics Association)において成果を発表した.(2)ALS患者向け眼球注視インタフェースのプロトタイプ構築上記(1)の実験により明らかとなった人間の眼球運動特性・視覚特性をインタフェース設計に利用できる形式にまとめた.このような人間の眼球運動特性・視覚特性をもとに,ALS患者向けの眼球注視インタフェースのプロトタイプを,研究狭量者とともに構築した.(3)眼球注視インタフェースを利用したアプリケーション・ソフトへの適用とそのユーザビリティ評価上記(2)で構築した眼球注視インタフェースを利用したアプリケーション・ソフトを開発し,それを利用したタスクを遂行する実験により,構築したインタフェースのプロトタイプのユーザビリティを評価するとともに,改善項目などを検討した.本年度は,前年度までの研究により構築した眼球注視インタフェースのプロトタイプのユーザビリティのうち,特にエラーに関係する部分について評価した.さらに,市販のカメラからの画像データに対する眼球トラッキングのアルゴリズムをインプリメントし,低価格型眼球注視インタフェースのプロトタイプを構築した.本年度の一連の研究から,具体的には以下にまとめる2点の成果を得た.(1)眼球注視インタフェースのエラー特性の解明眼球注視インタフェースを対象として,使用を開始した直後から,習熟に至る過程で発生するエラーの特性を明らかにするため,学生8名を被験者として用いた実験を実施した.ここでは,得られた結果に基づき,眼球注視インタフェースの使用を阻害する大きな要因となるエラーの低減に向けた示唆を得るとともに,インタフェースの改良,ならびにユーザに対する教育・インストラクション方法の構築に関する示唆を得た.(2)効率的な眼球トラッキングアルゴリズムの適用による低価格インタフェースのプロトタイプの開発前年度より開発をしている,効率的な眼球トラッキングのアルゴリズムをさらに改良し,安価な市販のカメラによる低価格型眼球注視インタフェースのプロトタイプを構築した.
「バリ文化」のインヴォリューション:文化の社会的用法

2003年5月には日本民族学会の研究大会において、これまでの研究成果を発表した(題材「現代インドネシア・バリ社会における「バリ文化」の表象と消費-文化のインヴォリューションを超えて-」(5月24日於京都文教大学))。この発表では、バリ人の消費生活の拡大のなかで、儀礼活動が活性化・肥大化している現状を具体的な事例とともに説明し、その社会的条件を示すとともに、それがバリ人の近代志向によるものであると論じ、バリ社会自ら定義する「近代」概念を提出する試みを行った。これを契機に、バリ人が消費生活において表現している近代主義と、とりわけ開発を機軸に国家建設を進めたスハルト大統領時代からのインドネシアが志向してきた近代主義との関係についても研究を進めている。2003年8月半ばからの一ヶ月間は、インドネシア、バリでの実地調査を行った。この調査では、とりわけ研究論文執筆のための補足データの収集に努め、州都デンパサールでの若干の文献資料の収集と、調査村(ギアニャール県ウブド郡プリアタン村)での聞き取り調査を行った。語りの収集においては、とりわけ新たな調査課題となったバリ人の消費主義的近代志向と近代化に対する内省に焦点を当てた。これを通して、今日バリ人は近代批判を行う際には、バリ文化の言語を用いているという状況を見出すことができた。この調査の結果を踏まえて、研究論文の具体的な目次構成を決め、現在、執筆を開始している。今年度は、今日のインドネシア・バリ社会における文化の動態に関する研究論文のテーマを絞り、議論を精緻化し、記述する対象を明確にしていく作業に多くの時間を費やした。今年度の前半は、これまで収集してきたフィールドデータを見つめながら、人類学の先行研究だけでなく、経済学や社会学の古典なども参照して、それらを理論化していく作業に取り組んだ。これにより今年度の後半には、研究論文で用いる理論的な枠組み、議論の展開方法、及び結論についておおよその見通しがついてきた。また、インドネシア研究の動向を見るうちに、本研究で個別に検討するバリ社会、そこでの文化の消費という問題が、近年のインドネシアの経済-社会的変化、とりわけ都市部での「新中間層」ないし「新興成金」とよばれる社会層の台頭とその価値観の浸透という背景に位置づけ直して考察されるべき問題であることを改めて認識した。この段階で、今年度の後半では、再び現地調査に赴き、議論に説得力をもたせるための、更なるデータ収集を行った。現地調査は2002年8月半ばからの約2週間と、2003年1月初めからの約2ヶ月間の2回行った。2002年8月には、スマトラ島パダンで行われたオランダ人インドネシア研究者らが主催したワークショップにも参加し、インドネシア研究の最前線を知る貴重な機会を得た。実地調査では、これまで練ってきた研究の大枠を念頭におきながら、その記述の中心となるバリ社会における「バリ文化」の表象と消費について、より具体的で緻密なデータの収集に努めた。2回の調査を経て、論文の中で具体的に検討していく予定のいくつかの事象についてはかなり体系的なデータが得られた。これらのデータを整理した上で、2002年3月末には京都大学東南アジア研究センターの研究会で、2003年5月末には日本民族学会の研究大会で、これまでの研究の成果を発表する予定である。
超幾何微分方程式の幾何学的研究

Gaussの超幾何微分方程式はもとよりその他の多くの一般化された超幾何微分方程式は解の積分表示が知られている。この積分表示をねじれコホモロジー群とねじれホモロジー群のpairingとみなし、これらの群の幾何学的構造から超幾何微分方程式を考察することがこの研究の主題であった。古典的に知られているようにRiemann面の周期積分の研究では(コ)ホモロジー群の交点と積分とを結び付けるRiemannの周期関係式が重要であるが、射影直線上にn個の一位の極をもつconnection formからきまるねじれコホモロジー群に対する交点理論とこの場合のRiemannの周期関係式にあたる公式が研究代表者と九大数理趙康治氏により得られた。さらに上記の結果とねじれ(コ)ホモロジー群がもつ外積構造からk重とl重の二つの積分表示をもつ(k,k+l)型超幾何微分方程式の双対性に関する理論が完成された。また、高位の極をもつconnection formからきまるねじれ(コ)ホモロジー群に対する上記の理論を構築することにより、合流型と呼ばれる超幾何微分方程式についての研究も進められている。現在、交点理論や周期関係式等があきらかにされつつある。さらに射影空間内のいくつかの超平面とひとつの二次超曲面の配置が定義域となる超幾何微分方程式を導入し、その対称性、隣接関係式、古典的によく知られた二変数超幾何微分方程式Appell's F_1,F_4へ退化、あるK3曲面の族に関する周期写像との関係等に関する結果が研究代表者と神戸大理佐々木武氏により得られた。
十字架型DNAを介した染色体異常症の発生機序に関する研究

ヒト染色体転座t(11;22)(q23;q11)は生殖細胞で特異的に発生する反復性の染色体転座で、生殖細胞発生過程で何らかの生理的なメカニズムが関与してDNA切断と修復が起きていると考えられる。今年度はt(11;22)染色体転座の発生機序を解明するために、昨年度からに続き転座モデルマウスの作製に取りかかっている。t(11;22)の両染色体の転座切断点には、Palindromic AT-rich repeat(PATRR)と呼ばれるパリンドローム配列が存在し、この配列がゲノム不安定性を誘発するため、繰り返し染色体転座が発生すると考えている。ヒト以外の動物種にはPATRR配列のホモログとなる配列がないため、PATRR配列を導入したマウスを作製し、t(11;22)染色体転座を誘発するモデル動物の作製に勤めている。これまでに、2種類の異なる染色体由来のPATRR配列を導入したトランスジェニックマウスの確立に成功し、PATRRがマウスで再構成を起こすこと無く継代する事を確認した。現在はこの転座モデルマウスを用いてヒトt(11;22)転座の検出を試み、PATRRが反復性の染色体転座を誘発することを証明している。また多くのマウス系統が得られたため、導入したPATRR配列のコピー数やゲノム挿入位置をそれぞれ調べ、これらが転座発生に影響するか調べている。転座発生時の染色体の核内での位置を特定することができれば、染色体再構成と染色体の核内局在の関係を明らかにできると考えている。ヒトの生殖細胞系列で反復して発生する染色体転座、t(11;22)は、生殖細胞発生過程でのなんらかの生理的なメカニズムが関与してDNA切断と修復が起き、t(11;22)新生転座が発生していると考えている。この転座が、生殖細胞発生過程のどの段階で発生するのか、健常人の精子における新生転座の発生頻度を調べた結果、加齢による頻度の増加は見られなかった。この結果から、t(11;22)は、生殖細胞発生過程のDNA複製とは無関係であることを示した。次に、1つの精子中に含まれる転座染色体の核型を判定し、染色体異常の発生時期と、染色体の再構成のメカニズムについて解明しようと試みた。その結果、t(11;22)新生転座は相互転座として検出され、また動原体に異常を持つダイセントリック、アセントリック染色体も検出された。これらの結果から、t(11;22)新生転座は減数分裂終了後に発生していることが示唆された。また、t(11;22)の転座切断点にあるパリンドローム領域を介するゲノム再構成のメカニズムについて調べた。その結果、欠失や挿入など同一染色体内で起こる再構成は、多くがホモロジー配列を利用したMicrohomology-directed repairによる再構成が行われ、一方で転座のような染色体間で起こる再構成の多くは、ホモロジーを用いないNon-homologous end joiningによるものと考えられた。これらの成果はパリンドローム配列を介したゲノム再構成の発生メカニズムを解明する上で非常に重要な知見であり、今後はt(11:22)を誘発させるために、パリンドローム配列を導入したマウスを作製し、パリンドローム配列を介した染色体転座のメカニズムの解明を進めていく。染色体転座t(11;22)はヒトで起こる反復性の染色体転座で、生殖細胞系列特異的に発生していることから、生殖細胞発生過程で何らかの生理的なメカニズムが関与してDNA切断と修復が起きていると考えられる。これまでの研究から、t(11;22)新生転座は精子形成過程の減数分裂以降に発生していると考えている。今年度はこの仮説を証明するために、転座モデルマウスの作製に取りかかっている。t(11;22)の両染色体の転座切断点には、Palindromic AT-rich repeat(PATRR)と呼ばれる繰返しパリンドローム配列が存在し、この配列がゲノム不安定性を誘発するため、繰り返し染色体転座が発生すると考えている。ヒト以外の動物種にはPATRR配列のホモログとなる配列がないため、PATRR配列を導入したマウスを作製し、t(11:22)染色体転座を誘発するモデル動物の作製に勤めている。これまでにPATRRを導入したマウス系統の確立に成功し、この繰返し配列が安定して継代する事が分かった。現在、もう1種類の異なるPATRR配列を含んだ導入配列を作製している。これら別々のPATRRを持ったトランスジェニックマウスを掛け合わせて、転座モデルマウスを作製する。また今後、転座モデルマウスのマウス精巣を用いた実験を行うため、精子形成過程の細胞をそれぞれ段階ごとに分離・回収できるセルソーティング法を確立した。この方法を用いて精巣から回収した細胞から、t(11;22)新生転座の検出を精子形成過程の段階ごとに行い、発生時期をより正確に判別する。その結果、t(11;22)新生転座の発生メカニズムを予測できると考えている。

t(11;22)の両染色体の転座切断点には、Palindromic AT-rich repeat(PATRR)と呼ばれるパリンドローム配列が存在し、この配列がゲノム不安定性を誘発するため、繰り返し染色体転座が発生すると考えている。ヒト以外の動物種にはPATRR配列のホモログとなる配列がないため、PATRR配列を導入したマウスを作製し、t(11;22)染色体転座を誘発するモデル動物の作製に勤めている。これまでに、2種類の異なる染色体由来のPATRR配列を導入したトランスジェニックマウスの確立に成功し、PATRRがマウスで再構成を起こすこと無く継代する事を確認した。現在はこの転座モデルマウスを用いてヒトt(11;22)転座の検出を試み、PATRRが反復性の染色体転座を誘発することを証明している。また多くのマウス系統が得られたため、導入したPATRR配列のコピー数やゲノム挿入位置をそれぞれ調べ、これらが転座発生に影響するか調べている。転座発生時の染色体の核内での位置を特定することができれば、染色体再構成と染色体の核内局在の関係を明らかにできると考えている。
高度なバンドポテンシャル制御による高機能光触媒の構築

ランタンタンタル酸窒化物とチタン酸ストロンチウムの固溶体は助触媒未担持でも水の酸化反応に活性であるが,適切な熱処理条件で酸化コバルト助触媒を担持すると活性が向上することを昨年度見出した。異なる熱処理条件で酸化コバルトを担持した試料のキャリアダイナミクスを調べたところ,活性の高い試料では光生成した正孔の助触媒への効率良い移動に伴う正孔の早い減衰および浅い準位にトラップされた電子の増大がみられ,これらの要因により活性が向上することを突き止めた。光触媒活性は粒子サイズや形態など合成法により変化する要素に大きく影響を受けることが多い。そこで本年度は,従来錯体重合法で調製していた酸化物前駆体の固相法およびフラックス法による調製を検討した。固溶率50%の試料について,固相法およびフラックス法で得た結晶性の酸化物前駆体をアンモニア窒化処理することで酸窒化物固溶体が合成できた。いずれの試料も30-50nm程度の一次粒子が凝集して二次粒子を形成していた。錯体重合法試料の二次粒子径は3-5ミクロンであるのに対して,固相法試料およびフラックス法試料のそれは,それぞれ1-2ミクロンおよび0.5-1ミクロンであった。固相法試料およびフラックス試料はともに硝酸銀を電子受容剤とする酸素生成反応に対し,錯体重合法試料よりも高い活性を示すことが明らかになった。本研究で開発してきた固溶体酸窒化物のZスキーム型光触媒系における酸素生成光触媒としての応用を検討した。水素生成光触媒にルテニウム担持ロジウムドープチタン酸ストロンチウムを使用し,鉄イオン系,ヨウ素系の電子伝達剤と組合せた場合では水分解反応は進行しなかったが,タンタルーチタン系固溶体ではコバルトトリスビピリジン錯体を電子伝達剤に用いた際に水素と酸素の両方の生成が見られた。一方,ニオブーチタン系固溶体ではZスキーム型水分解は進行しなかった。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。新しいバンドポテンシャル制御型酸窒化物として,LaTaON2-CaTiO3,LaTaON2-BaTiO3,Ba1-xCaxTaO2NおよびBa1-xSrTaO2Nの合成を検討した。これらの中で,Ba1-xCaxTaO2NはCaTiO3とBaTaO2Nの混合相が形成され酸窒化物固溶体が得られなかったが,その他の試料では固溶体形成が確認された。Ba1-xSrTaO2NではBaTaO2Nよりも酸素生成反応に高い活性を示すことが確認された。また,LaTaON2-CaTiO3およびLaTaON2-BaTiO3固溶体でもLaTaON2-SrTiO3固溶体と同様に元素置換によりバンドポテンシャルが変化し,酸素生成に活性を示すことを見出した。正方晶タングステンブロンズ構造を有する酸窒化物Ba3Ta5O14Nの新しい簡便な合成条件を見出し,BaのLa置換により可視光吸収が増大し,量子収率も向上することを明らかにした。また,LaTaON2-SrTiO3固溶体をフラックス処理すると水素生成活性が向上するものの,助触媒未担持での酸素生成活性が著しく低下することが明らかになった。酸素生成活性はCoOx助触媒の担持により発現したことから,光触媒表面状態の変化が助触媒未担持の際の酸素生成活性に大きな影響を与えていることが示唆された。LaTaON2-SrTiO3固溶体について,粒子サイズの光触媒活性に与える影響を調べた。酸化物前駆体を大気焼成することで最終試料の粒子サイズを増大させられることが明らかになった。粒子サイズ増大に伴い水素生成活性は減少したものの,酸素生成活性は微増することを見出した。新しい組合せの酸窒化物固溶体の合成に成功し,リード化合物に比べて酸素生成に活性な光触媒を創製することができたから。また,フラックス処理の効果と今後克服すべき課題が明らかになった。ランタンタンタル酸窒化物とチタン酸ストロンチウムの固溶体は助触媒未担持でも水の酸化反応に活性であるが,酸化コバルト助触媒の担持により活性が向上した。助触媒担持の際の熱処理条件の影響を調べたところ,熱処理雰囲気および温度に強い依存性があることが分かった。ランタンチタン酸窒化物についても同様に酸化コバルト助触媒担持の際の熱処理条件について検討したところ,酸窒化物固溶体とランタンチタン酸窒化物では最適な熱処理条件が異なることが分かった。このことから,酸化コバルトが酸窒化物光触媒の水酸化性能を向上する有用な助触媒であるが,酸窒化物光触媒に酸化コバルト助触媒を担持する際に単一条件での熱処理をすることが必ずしも効果的ではないことが示された。上記の酸窒化物固溶体を電気泳動法により透明電極(フッ素ドープ酸化スズ)に堆積させ光電気化学測定をした結果,光照射のオンオフに伴う明瞭なアノード電流応答が確認された。このことから当該酸窒化物固溶体が水の酸化に活性な光アノードとして利用可能であることが分かった。懸濁液を利用した光触媒的酸素生成反応では,酸窒化物固溶体の粒子サイズ増大はそれほど効果的ではなかったものの,光電気化学的水の酸化反応では,顕著な粒子サイズの影響が見られた。