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Development of Molecular-Based Tandem Cells Enabling Highly Efficient Solar Water Splitting Reaction

Research Project

Project/Area Number 16K05726
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Inorganic chemistry
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

Ozawa Hironobu  九州大学, 理学研究院, 准教授 (30572804)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords光電気化学セル / 水素生成 / 錯体触媒 / 錯体色素 / 太陽光水分解 / 起電力 / フェルミ準位 / 水素生成反応 / 二酸化チタン / 修飾電極 / 水分解 / 太陽光 / タンデムセル
Outline of Final Research Achievements

In this study, it has been found that hydrogen evolving reaction proceeds even under bias-free condition in our molecular-based photoelectrochemical cell, which consists of the TiO2 photoanode modified with a polypyridyl ruthenium complex sensitizer and the TiO2 cathode modified with a platinum porphyrin hydrogen evolving catalyst, upon visible light irradiation only to the photoanode. We have successfully elucidated the origin of the electromotive force required to flow electrons from the anode to the cathode in our photoelectrochemical cell.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、両極にTiO2を用いた分子性色素増感光電気化学セルにおいて、アノードのTiO2伝導帯に充填された高エネルギー電子がカソードのTiO2伝導帯に自発的に移動すること、およびカソード上において白金ポルフィリン触媒が自発的に高エネルギー電子用いて水素生成反応を進行することを見出した。高エネルギー電子の移動、およびこれを用いた水素生成触媒反応が自発的に進行する光触媒反応系の開発に成功したことは、持続性社会の構築に向けて大きく貢献すると考えられる。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (25 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (19 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 3 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] A New Class of Molecular-Based Photoelectrochemical Cell for Solar Hydrogen Production Consisting of Two Mesoporous TiO2 Electrodes2019

    • Author(s)
      Morita Kohei, Sakai Ken, and Ozawa Hironobu
    • Journal Title

      ACS Applied Energy Materials

      Volume: 2 Issue: 2 Pages: 987-992

    • DOI

      10.1021/acsaem.8b01992

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis and Characterization of a RuPt-based Photo-Hydrogen-Evolving Molecular Device Tethered to a Single Viologen Acceptor2017

    • Author(s)
      M. Miyaji, K. Kitamoto, H. Ozawa, and K. Sakai
    • Journal Title

      European Journal of Inorganic Chemistry

      Volume: 2017 Issue: 9 Pages: 1237-1244

    • DOI

      10.1002/ejic.201601346

    • Related Report
      2017 Research-status Report 2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Highly Stable Chemisorption of Dyes with Pyridyl Anchors over TiO2: Application in Dye-Sensitized Photoelectrochemical Water Reduction in Aqueous Media2017

    • Author(s)
      K. Takijiri, K. Morita, T. Nakazono, K. Sakai and H. Ozawa
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 53 Issue: 21 Pages: 3042-3045

    • DOI

      10.1039/c6cc10321a

    • Related Report
      2017 Research-status Report 2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A Platinum Porphyrin Modified TiO2 Electrode for Photoelectrochemical Hydrogen Production from Neutral Water Driven by the Conduction Band Edge Potential of TiO22017

    • Author(s)
      Kohei Morita, Kohei Takijiri, Ken Sakai,* Hironobu Ozawa*
    • Journal Title

      Dalton Trans.

      Volume: 46 Issue: 44 Pages: 15181-15185

    • DOI

      10.1039/c7dt03710d

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Improved Photocatalytic Hydrogen Evolution Driven by Chloro(terpyridine)platinum(II) Derivatives Tethered to a Single Pendant Viologen Acceptor2016

    • Author(s)
      S. Lin, K. Kitamoto, H. Ozawa, and K. Sakai
    • Journal Title

      Dalton Transactions

      Volume: 45 Issue: 26 Pages: 10643-10654

    • DOI

      10.1039/c6dt01456a

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      2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 分子性触媒コンポーネントを融合させた太陽光水分解用光電気化学セルの開発2019

    • Author(s)
      小澤弘宜、酒井 健
    • Organizer
      新学術領域研究 革新的光物質変換 第2回公開シンポジウム
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      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] The Origin of the Electromotive Force in a Photoelectrochemical Cell Consisting of Two TiO2 Electrodes2019

    • Author(s)
      Kohei Morita, Ken Sakai, Hironobu Ozawa
    • Organizer
      日本化学会 第99春季年会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 分子性色素増感光電気化学セルによる太陽光水分解2019

    • Author(s)
      小澤 弘宜
    • Organizer
      日本化学会 第99春季年会
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      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Electrochemical oxygen evolution catalyzed by a cobalt porphyrin modified TiO2 electrode2018

    • Author(s)
      Katsuhiro Akamine, Ken Sakai, Hironobu Ozawa
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Ruthenium Photosensitizer Modified TiO2 Electrode for Near-Infrared Light-Driven Hydrogen Evolution2018

    • Author(s)
      Hyengjin Jeong, Ken Sakai, Hironobu Ozawa
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Solar Driven Hydrogen Production in a Photoelectrochemical Cell Using a Pt Porphyrin Modified TiO2 Cathode2018

    • Author(s)
      Kohei Morita, Ken Sakai, Hironobu Ozawa
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Solar Driven Hydrogen Production in a Molecular-Based Photoelectrochemical Cell Consisting of Two TiO2 electrodes2018

    • Author(s)
      Hironobu Ozawa, Kohei Morita, Kohei Takijiri, Ken Sakai
    • Organizer
      43th International Conference on Coordination Chemistry
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分子性触媒および色素を用いた光電気化学セルによる太陽光水分解反応2018

    • Author(s)
      小澤 弘宜
    • Organizer
      第7回 錯体化学若手の会 九州・沖縄支部勉強会
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      2018 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 白金ポルフィリン触媒修飾TiO2電極をカソードとして用いた光電気化学セルによる太陽光水素生成反応2018

    • Author(s)
      森田浩平・瀧尻孝平・酒井 健・小澤弘宜
    • Organizer
      日本化学会 第98春季年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 近赤外光増感ルテニウム錯体色素で修飾したTiO2電極を用いた光電気化学セルによる水素生成反応2018

    • Author(s)
      丁 亨鎮、酒井 健、小澤 弘宜
    • Organizer
      日本化学会 第98春季年会
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      2017 Research-status Report
  • [Presentation] コバルトポルフィリン触媒を修飾したTiO2電極を用いた電気化学的酸素発生2018

    • Author(s)
      赤嶺 勝広・酒井 健・小澤 弘宜
    • Organizer
      日本化学会 第98春季年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 低過電圧で水素生成反応を駆動する高耐久性白金錯体修飾電極2017

    • Author(s)
      森田浩平・小澤弘宜・酒井 健
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学
    • Year and Date
      2017-03-16
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] ピリジンアンカーを有するルテニウム錯体色素を用いた高耐久性光電気化学セルによる光水素生成反応2017

    • Author(s)
      瀧尻孝平・小澤弘宜・酒井 健
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会
    • Place of Presentation
      慶應義塾大学
    • Year and Date
      2017-03-16
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 種々の電子吸引基を導入したルテニウム錯体色素で修飾したチタニアフォトアノードを用いた光電気化学セルによる光水素生成反応2017

    • Author(s)
      瀧尻孝平・森田浩平・酒井 健・小澤弘宜
    • Organizer
      第29回配位化合物の光化学討論
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] ピリジンアンカーを有する種々のルテニウム錯体色素で修飾したTiO2フォトアノードを用いた光電気化学セルによる光水素生成反応2017

    • Author(s)
      瀧尻孝平・森田浩平・酒井 健・小澤弘宜
    • Organizer
      錯体化学会 第67回討論会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 白金ポルフィリン錯体触媒修飾TiO2電極をカソードとして用いた光電気化学セルによる水素生成反応2017

    • Author(s)
      森田浩平・瀧尻孝平・酒井 健・小澤弘宜
    • Organizer
      錯体化学会 第67回討論会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] ピリジンアンカー導入型白金ポルフィリン錯体を修飾した水素生成電極の作製と機能評価2016

    • Author(s)
      森田浩平・小澤弘宜・酒井 健
    • Organizer
      錯体化学会第66回討論会
    • Place of Presentation
      福岡大学
    • Year and Date
      2016-09-10
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] ピリジンアンカーを有する新規ルテニウム錯体色素の合成及びその修飾電極の作製2016

    • Author(s)
      濱桐 真・小澤弘宜・酒井 健
    • Organizer
      錯体化学会第66回討論会
    • Place of Presentation
      福岡大学
    • Year and Date
      2016-09-10
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] クォーターピリジンをアンカー基として有するルテニウム錯体色素の合成及びその吸脱着挙動の評価2016

    • Author(s)
      瀧尻孝平・小澤弘宜・酒井 健
    • Organizer
      錯体化学会第66回討論会
    • Place of Presentation
      福岡大学
    • Year and Date
      2016-09-10
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Book] 月刊 化学 10月号 注目の論文 「ノンバイアスで水の完全分解に成功! 分子性タンデムセルによる可視光水分解反応」2016

    • Author(s)
      小澤弘宜
    • Publisher
      化学同人
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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