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水分解光触媒反応を促進する新規複合金属系ナノ粒子助触媒の開発及び動作機構の解明

Research Project

Project/Area Number 18J10548
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Catalyst/Resource chemical process
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

金澤 知器  東京工業大学, 理学院, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords水分解反応 / 複合酸化物 / 半導体光触媒 / 助触媒
Outline of Annual Research Achievements

電気化学的視点に基づき、酸素生成に有効な新規な複合系助触媒材料の探索を行った。CoAl2-xCrxO4について、x = 0.4の組成において最も高い電気化学的な水の酸化反応活性を示した。電気化学的なインピーダンス測定において、Crを加えることにより、触媒内部から基質である水までの電荷移動が促進されることが示された。
またCoAl2O4ナノ粒子について、逆ミセル法を用いて可視光応答型半導体光触媒であるg-C3N4表面に担持した。調製した試料を用いて硝酸銀水溶液からの光触媒的な酸素生成反応を行ったところ、CoAl2O4ナノ粒子の担持より最大10倍近い活性向上が見られた。IrO2やRuO2等の、他の酸素生成助触媒として報告されている材料と比較して、CoAl2O4はより高い活性向上効果が見られた。特に単独の酸化物であるCo3O4と比較して2倍の活性が得られた。CoAl2O4ナノ粒子の担持温度を種々変化させた場合では、担体(g-C3N4)の分解温度未満の高温条件で、光触媒活性が向上することが分かった。またCoAl2O4ナノ粒子の構造についても、低温担持では層状複水酸化物もしくは水酸化物として存在している一方で、高温担持ではスピネル型の酸化物となっていることが示された。時間分解可視赤外分光測定より、CoとAlが複合化することにより、g-C3N4内部に生じた正孔が効率的に担持ナノ粒子へトラップされ、水の酸化反応の活性向上に寄与したことが示唆された。特に正孔の移動効率において、Co3O4に比べCoAl2O4が優れていることが示された。さらに、他の半導体光触媒においてもCoAl2O4ナノ粒子を担持したところ、TaONやLaTiO2N等の酸窒化物で水の酸化反応の活性向上が見られ、助触媒としての汎用性が示された。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Cobalt Aluminate Spinel as a Cocatalyst for Photocatalytic Oxidation of Water: Significant Hole-Trapping Effect2020

    • Author(s)
      Kanazawa Tomoki、Kato Kosaku、Yamaguchi Ryusei、Uchiyama Tomoki、Lu Daling、Nozawa Shunsuke、Yamakata Akira、Uchimoto Yoshiharu、Maeda Kazuhiko
    • Journal Title

      ACS Catalysis

      Volume: 10 Issue: 9 Pages: 4960-4966

    • DOI

      10.1021/acscatal.0c00944

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Improved Electrochemical Water Oxidation over Chromium-Substituted Cobalt Aluminate Spinels2019

    • Author(s)
      8.Tomoki Kanazawa, Miharu Eguchi, Shunsuke Nozawa, Kazuhiko Maeda
    • Journal Title

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      Volume: 93 Issue: 1 Pages: 13-19

    • DOI

      10.1246/bcsj.20190272

    • NAID

      130007784846

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structure and photocatalytic activity of PdCrOx cocatalyst on SrTiO3 for overall water splitting2019

    • Author(s)
      Tomoki Kanazawa, Shunsuke Nozawa, Daling Lu, Kazuhiko Maeda
    • Journal Title

      Catalysts

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 59-59

    • DOI

      10.3390/catal9010059

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] CoAl2-xCrxO4酸化物を触媒とした水の酸化反応2019

    • Author(s)
      金澤知器, 野澤俊介, 前田和彦
    • Organizer
      第124回触媒討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of Cr(III) substituted spinel type mixed oxide as catalytic materials for water oxidation2019

    • Author(s)
      金澤知器, 野澤俊介, 前田和彦
    • Organizer
      2nd Global Forum on Advanced Materials and Technologies for Sustainable Development
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] CoAl2-xCrxO4を用いた電気化学的及び光化学的な水の酸化反応2019

    • Author(s)
      金澤知器, 前田和彦
    • Organizer
      第123回触媒討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of catalytic effect of Cr3+ substitution for Fe2O3 toward photochemical and electrochemical water oxidation2018

    • Author(s)
      金澤知器, 前田和彦
    • Organizer
      The 8th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] PdCrOxナノ粒子の構造と光触媒的水分解反応への助触媒効果2018

    • Author(s)
      金澤知器, 前田和彦
    • Organizer
      第122回触媒討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Co-Al-Cr複合酸化物を触媒とした水の光化学的および電気化学的酸化反応2018

    • Author(s)
      金澤知器, 前田和彦
    • Organizer
      第37回固体・表面光化学討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of catalysis property of Cr3+ substituted Fe2O3 for water oxidation2018

    • Author(s)
      金澤知器, 前田和彦
    • Organizer
      2018 International Symposium on Advancement and Prospect of Catalysis Science & Technology
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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