二次元半導体ナノネットワーク構造の合成法開発に成功　～次世代の水素発生触媒の応用に期待～

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【Key points of the study】

研究グループ独自のユニークな手法により、半導体材料の遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC）（※1）のデンドライト（※2）と呼ばれるナノスケールのネットワーク構造の合成に成功しました。
単層TMDCと成長基板の界面を化学反応場とするナノリアクタを用いることで、ナノスケールのデンドライト構造の合成に成功しました。
この手法の開発により、従来の貴金属フリーの水素発生触媒（※3）の発展に大きく寄与します。

　金沢大学ナノ生命科学研究所（WPI-NanoLSI）・名古屋大学大学院工学研究科の高橋康史教授と学術研究院環境生命自然科学学域の鈴木弘朗研究准教授、名古屋工業大学物理工学類の平田海斗助教、名古屋大学大学院工学研究科の徳永智春准教授、慶応義塾大学理工学部物理学科の藤井瞬助教、福岡工業大学の三澤賢明准教授の研究グループは、原子レベルに薄い半導体材料（遷移金属ダイカルコゲナイド、TMDC：Transition Metal Dichalcogenide）と成長基板との間に形成されるナノスケール空間を用いて、TMDCのデンドライトと呼ばれるナノスケールのネットワーク構造の合成とその水素発生（HER：Hydrogen Evolution Reaction）触媒能の実証に成功しました。この研究成果は、2025年12月4日に独国Wiley-VCH発行の学術雑誌「Small Structures」に掲載されました。

　TMDCは原子3つ分の厚みの半導体特性を持つ二次元物質で、機械的柔軟性に加え、優れた電気・光学特性を持つことから、電子デバイスや電気化学分野への応用が期待されています。このような原子層物質をデンドライトと呼ばれるナノスケールのネットワーク構造にすることで、電気化学機能の向上が期待できます。今回の研究では単層のTMDCナノリボン（※4）を合成するユニークな手法を提案しました。本研究は、今後次世代ナノスケール光電子デバイスの開発やエネルギー問題の解決に大きく寄与します。

図： (a,b) デンドライトが成長した単層WS2単結晶の光学顕微鏡像。(c-e) WS2デンドライトの高分解STEM像。(f) デンドライト成長箇所の断面STEM像。

※1　遷移金属ダイカルコゲナイド（TMDC：Transition metal dichalcogenide）
　遷移金属原子（M）とカルコゲン原子（X）から成り、MX₂と表せられる、単層が1 nm以下の原子3つ分の厚みを持つ層状物質です。代表的なTMDCにはWS₂やMoS₂などが挙げられます。

※2　デンドライト
　結晶が成長する際に樹枝状に伸びる形状のこと。

※3　水素発生（HER：Hydrogen Evolution Reaction）触媒
　水の電気分解などの過程で、水素（H₂）を効率よく発生させる化学反応（HER）を助ける物質。触媒は反応の速度を高め、必要な電圧を低下させる役割をもっています。

※4　ナノリボン
　原子層物質をナノスケール幅の短冊構造にした一次元物質の総称です。

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Journal : Small Structures

Researcher's Information: Yasufumi Takahashi　　　

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Nano Life Science Institute:https://nanolsi.kanazawa-u.ac.jp/en/

Graduate School of Frontier Science Initiative: https://gsinfiniti.w3.kanazawa-u.ac.jp/en/