| Project/Area Number |
19H02820
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Okayama University (2021-2022)
Toyota Technological Institute (2019-2020) |
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Principal Investigator |
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
酒多 喜久 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (40211263)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2019: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000)
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| Keywords | 光触媒 / 光励起キャリアダイナミクス / 再結合 / 時間分解分光計測 / 水分解光触媒 / 可視光応答型光触媒 / キャリアダイナミクス / 欠陥 / 水分解反応 / 電荷分離 / 時間分解分光観察 / 時間分解分光 / 電荷移動 / ドーピング / 再結合速度 / 欠陥準位 / 時間分解分光測定 / 光励起 / レーザー分光 / 粉末欠陥 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、欠陥構造を制御することで光励起キャリアーの動きを制御し、より高い活性を有する光触媒を実現することである。そのためには、まず欠陥における光励起キャリアーの動きの理解に不可欠な時間分解分光装置を整備する必要がある。次に、この装置を用いて結晶構造や結晶面、ドーピングによって電子トラップ準位の深さやトラップ電子の反応性や正孔の寿命がどのように変化するかを解明する。そして、ここで得られた知見を利用して、“活性向上に役立つ欠陥”を設計し、高い活性を有する光触媒を実現する。
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| Outline of Final Research Achievements |
It has been widely believed that the defects decrease the photocatalytic activity. However, our resent results revealed that the defects can elongate the lifetime of photogenerated charge carriers and hence could be useful to increase the activity. However, these opposite effects of the defects on the photocatalytic activity has not been elucidated yet. In this work, we have investigated the effects of the defects on the recombination kinetics for a number of materials by using time-resolved absorption spectroscopy. We found that the formation of oxygen vacancies accelerates the recombination in which the oxygen vacancies tend to get closed to each other such as nonstoichiometric oxide. However, other materials which hardly form oxygen vacancies, the rate of recombination was prevented. The difference in the distance between the oxygen vacancies determines the effects on the photocatalytic activity.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
光触媒を用いると太陽エネルギーを使って水から水素を製造できる。太陽電池を使った水の電気分解に比べてこの方法の優れたところは、光触媒の方が太陽電池よりも製造コストが安いため、より安価に水素を製造できることにある。しかし、粉末の表面には欠陥が多数存在し、これらの欠陥は光励起キャリアを捕捉し、再結合を促進するので、光触媒活性を低下させる最大の原因であると考えられてきた。しかし、申請者のこれまでの研究により、表面欠陥はむしろ光触媒活性の向上に役立つ場合があることが分かった。そこで、この原理を積極的に利用し、従来の“定説”とは逆に欠陥を有効に利用するところに本研究の学術的な意義がある。
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