Developing Efficient Particulate Semiconductor Photocatalytic Systems for Solar Water Splitting
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19F19336
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 外国 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
堂免 一成 信州大学, 先鋭領域融合研究群先鋭材料研究所, 特別特任教授 (10155624)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
XIAO QI 信州大学, 先鋭領域融合研究群先鋭材料研究所, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2019-11-08 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2020: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 粉末光触媒 / 酸硫化物 / 硫化 / 水素生成 / 可視光 / 助触媒 |
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| Outline of Research at the Start |
粉末光触媒を用いた太陽光水分解反応はクリーンな水素の製造法として研究されている．水素生成用と酸素生成用の2種類の光触媒粒子が導電性薄膜あるいは微粒子を介して基板上に固定された「光触媒シート」は，二段階の光励起を利用して水を水素と酸素に分解できる．本研究では，導電性材料の種類やシートへの導入方法の検討を通じて，可視光を強く吸収する非酸化物光触媒からなる「光触媒シート」の太陽光水素エネルギー変換効率の向上を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
粉末光触媒を用いて水を水素と酸素に分解する反応は最も基本的なエネルギー変換反応の1つである。本研究では、高効率な太陽光水分解反応の実現に向け、酸硫化物半導体微粒子からなる水素生成用光触媒の改良に取り組んだ。令和元年度は小径のLa5Ti2Cu0.9Ag0.1O7S5（LTCA）光触媒粉末を硫化水素気流下での加熱（硫化法）で合成できることを見出した。本年度は、硫化法で合成したLTCAの後処理による物性の改善と、助触媒担持法の改良を通じた水素生成活性向上について検討を行った。
硫黄雰囲気中での加熱処理により、硫化法で合成したLTCAの水素生成活性が7倍近く向上した。その結果、固相法で合成した既存のLTCA関連化合物を上回る水素生成速度が達成された。硫化法による小径化、および後処理による表面の非晶質層の除去が光触媒活性の向上に効果的であったと考えられる。
従来の固相法で合成したLTCA光触媒に対して含浸・水素還元法を用いて助触媒を担持し、水素生成活性の向上を図った。水素還元温度と助触媒担持量を最適化した結果、含浸・水素還元法を用いることで従来の光電着法を用いた場合よりも10倍以上高い水素生成速度を達成した。水素生成反応に対する見かけの量子効率は従来のLTCA系材料に比べて6倍以上高くなり、酸硫化物光触媒による水素生成反応の中でも最も高い値となった。XPS分析により、担持された助触媒の化学状態が活性に影響していることがわかった。
本研究により、LTCA光触媒の水素生成活性を効果的に向上させる技術が開発された。今後、開発されたLTCAを光触媒シートに応用することで、高効率なZスキーム型水分解反応が実現可能になると期待される。
本研究は外国人特別研究員の就職のため、年度途中で期間短縮し終了した。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(2 results)
