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高効率な光触媒設計へ向けたモデル光触媒の研究

Research Project

Project/Area Number 14J08398
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thin film/Surface and interfacial physical properties
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

川崎 聖治  東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2016-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2015)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2015: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords光触媒 / ナノ構造 / 光電極 / モデル光触媒 / 固液界面 / 親水性 / 助触媒
Outline of Annual Research Achievements

光触媒は、エネルギー・環境分野への応用が期待されている触媒材料であるが、更なる利用に向けて、より一層の光触媒活性の向上が求められている。本研究では、原子レベルで設計したモデル光触媒を作製し、詳細な分析により得たデータを基に、高効率な光触媒創製のための設計指針を提案することを目的とした。
昨年度に引き続き、「A.水/光触媒界面で起こる光誘起超親水性のメカニズムの解明」と「B.貴金属ナノピラーを酸化物光触媒に埋め込むという新規な助触媒担持手法による光触媒の高効率化」の2点を重点的に光触媒の物性評価および高効率化を試み、それぞれについて以下に挙げる成果を得た。
A.原子レベルで平坦な構造を持つTi酸化物単結晶について、表面構造の安定性や水との相互作用を親水性の評価やAFMによる構造観察、理論計算との比較によって詳細に調べた結果、清浄なTi酸化物表面は本来超親水性を示すということを結論付けた。即ち、光誘起超親水性の本質は、大気暴露により表面に付着した有機物が光触媒反応により分解することで、固体表面の親水性が変化することにあるという確証を得た。
B.相分離を薄膜堆積過程に利用することで、貴金属がナノピラーの形状で酸化物薄膜内部に挿入された新規なナノ構造を自己組織的に作製できることを見出し、様々な貴金属元素のナノピラーを含む試料を作製した。光触媒とショットキー接合を形成する貴金属ナノピラーを導入することで、非常に高い光電変換効率を示す試料を作製することに成功した。
モデル光触媒の研究を通して、光触媒で見られる光誘起超親水性のメカニズムを明らかにできた。加えて、金属助触媒をナノサイズのピラー形状として酸化物光触媒内部に埋め込んだ新規なナノ構造を作製できることを見出し、光触媒高効率化への新手法を提案できた。これらの成果は、当初の計画以上の成果である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2015 Annual Research Report
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2015 2014

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Electronic Structure and Photoelectrochemical Properties of an Ir-Doped SrTiO3 Photocatalyst2014

    • Author(s)
      Seiji Kawasaki, Ryota Takahashi, Kazuto Akagi, Jun Yoshinobu, Fumio Komori, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Katsuya Iwashina, Akihiko Kudo, Mikk Lippmaa
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 118 Issue: 35 Pages: 20222-20228

    • DOI

      10.1021/jp5062573

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Photoelectrochemical Water Splitting Enhanced by Implantation of Metal Nanopillars in a SrTiO3 Photoelectrode2015

    • Author(s)
      Seiji Kawasaki, Ryota Takahashi, Takahisa Yamamoto, Jun Yoshinobu, Fumio Komori, Akihiko Kudo, and Mikk Lippmaa
    • Organizer
      Materials Research Society Fall Meeting
    • Place of Presentation
      ボストン(米国)
    • Year and Date
      2015-11-29
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Photoelectrochemical Water Splitting Enhanced by Metal Nanopillars in Metal-doped SrTiO32015

    • Author(s)
      Seiji Kawasaki and Mikk Lippmaa
    • Organizer
      EMN meeting on Photocatalysis
    • Place of Presentation
      ラスベガス(米国)
    • Year and Date
      2015-11-21
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Spontaneous Epitaxial Metal Nanopillar Formation in SrTiO3 Thin Films for Enhanced Photoelectrochemical Water Splitting2015

    • Author(s)
      Seiji Kawasaki, Ryota Takahashi, Takahisa Yamamoto, Jun Yoshinobu, Fumio Komori, Akihiko Kudo, and Mikk Lippmaa
    • Organizer
      STAC-9
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2015-10-19
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 酸化物単結晶の表面における親水性2015

    • Author(s)
      川崎聖治, 高橋竜太, 大西洋, リップマーミック
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸化物薄膜内部の金属ナノピラーの自発的形成2015

    • Author(s)
      川崎聖治, 高橋竜太, 山本剛久, 吉信淳, 小森文夫, 工藤昭彦, リップマーミック
    • Organizer
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • Year and Date
      2015-09-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] SrTiO3 photoelectrodes with embedded metal nanopillars for solar water splitting2015

    • Author(s)
      Seiji Kawasaki, Ryota Takahashi, Takahisa Yamamoto, Jun Yoshinobu, Fumio Komori, Akihiko Kudo, and Mikk Lippmaa
    • Organizer
      First International Symposium on Recent Progress of Energy and Environmental Photocatalysis (Photocatalysis1)
    • Place of Presentation
      東京理科大学(千葉県野田市)
    • Year and Date
      2015-09-03
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 金属ナノピラーを利用した水分解光電極特性の増強効果』2015

    • Author(s)
      川崎聖治
    • Organizer
      触媒学会若手会「夏の研修会」
    • Place of Presentation
      ホテルニュー伊香保(群馬県渋川市)
    • Year and Date
      2015-08-05
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属ナノピラーを利用した光電気化学特性の高効率化2015

    • Author(s)
      川崎聖治, 高橋竜太, 山本剛久, 吉信淳, 小森文夫, 工藤昭彦, リップマーミック
    • Organizer
      機能物性融合科学研究会「反応と輸送」
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • Year and Date
      2015-06-24
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Dopant Sites in Noble Metal Doped Photocatalysts2015

    • Author(s)
      Seiji Kawasaki, Kazuto Akagi, Koichi Hayashi, Naohisa Happo, Shinya Hosokawa, Hiroshi Daimon, Yoshihisa Harada, Ryota Takahashi, Iwao Matsuda, Fumio Komori, Jun Yoshinobu, Akihiko Kudo, and Mikk Lippmaa
    • Organizer
      588. WE-Heraeus Seminar
    • Place of Presentation
      ケルン(ドイツ)
    • Year and Date
      2015-04-26
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 光触媒SrTiO3上の水和構造観察2014

    • Author(s)
      川崎聖治,水光俊介,高橋竜太,大西洋,リップマーミック
    • Organizer
      機能物性融合科学研究会
    • Place of Presentation
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • Year and Date
      2014-12-04
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 遷移金属ドープSrTiO3の電子状態と光触媒活性2014

    • Author(s)
      川崎聖治,赤木和人,松田巌,小森文夫,吉信淳,原田慈久,工藤昭彦,リップマーミック
    • Organizer
      第一回「3D活性サイト科学」公開ワークショップ
    • Place of Presentation
      CIVI研修センター新大阪東(大阪府大阪市)
    • Year and Date
      2014-11-21 – 2014-11-22
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Pt-cocatalyst Effect on the Hydration Structure of SrTiO3 Photocatalyst Surface Analyzed by FM-AFM2014

    • Author(s)
      Seiji Kawasaki, Shunsuke Suiko, Ryota Takahashi, Hiroshi Onishi, Peter Spijker, Adam Foster, Mikk Lippmaa
    • Organizer
      Photocatalysts for energy (PHOTO4E)
    • Place of Presentation
      リヨン(フランス)
    • Year and Date
      2014-10-15 – 2014-10-17
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Photo-induced Hydration Structure Change Observed on a SrTiO3(100) Photocatalyst Surface Using FM-AFM2014

    • Author(s)
      Seiji Kawasaki, Shunsuke Suiko, Ryota Takahashi, Hiroshi Onishi, Mikk Lippmaa
    • Organizer
      nc-AFM 2014
    • Place of Presentation
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • Year and Date
      2014-08-04 – 2014-08-08
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

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Published: 2015-01-22   Modified: 2024-03-26  

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