高効率可視光水分解を目指した酸ハロゲン化物光触媒のバルク及び表面特性制御法の開発
| Project/Area Number |
19J23357
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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 | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
小川 幹太 (2019) 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Research Fellow |
小川 幹太 (2020-2021) 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | 人工光合成 / 光触媒 / 水分解 / 水素 / 層状化合物 / エネルギー / PEC |
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| Outline of Research at the Start |
人工光合成の 1 つである半導体光触媒を用いる水分解は、太陽光によるクリーンな水素製造技術として期待され、世界中で盛んに研究されている。層状酸ハロゲン化物Bi4NbO8Clはその特異なバンド構造から、新規水分解用光触媒材料群としての期待が高い。しかし現状その水の酸化、還元活性はいずれも低く、高活性化のための層状酸ハロゲン化合光触媒の設計指針は皆無と言っていい。これまでに新合成法の開発によるバルク性能向上を実現した。本研究ではその表面に着目し、本化合物群の光触媒特性の更なる高性能化、および光触媒としての設計指針の確率を目的とする。この目的の達成のために、光触媒粒子の結晶面制御や表面修飾を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、半導体光触媒を用いる太陽光水分解の高効率化を目指して、Bi系層状酸ハロゲン化物に着目し、新たな光触媒の開発を行った。Bi系層状酸ハロゲン化物は、近年、水分解に適したバンド位置と可視光応答性および、光照射下での安定性をも有することから新規光触媒材料群として期待されている。本研究では、その中でも酸ヨウ化物に着目し、新たなBi系層状酸ハロゲン化物光触媒の開発による水分解効率の向上を目指し、本年度は、3種類の新規酸ヨウ化物光触媒の開発に成功した。
本研究ではこれまで、ペロブスカイトを含んだ層状酸ヨウ化物が、可視光エネルギーを用いて、水を酸化し、酸素を生成できる光触媒として機能することを見出している。これは、従来のヨウ素を含む化合物とは決定的に異なる。ヨウ素を含む化合物水分解用の多くは、塩素や臭素といった他のハロゲンを含む化合物よりも、狭いバンドギャップを有するものの、水分解用光触媒としては不安定であるとされてきた。それに対し、本研究で見出した層状ペロブスカイト酸ハロゲン化物は、狭いバンドギャップを有しながら、安定な水分解用光触媒として機能する。
さらに、本年度は、新たに3つの層状ペロブスカイト酸ヨウ化物の開発に成功した。これまでに光触媒として見出した酸ヨウ化物は、ペロブスカイト層が2層型の物質であり、酸ヨウ化物の合成報告は、これに限られていた。一方、塩化物に関しては、ペロブスカイト1層型、3層型など、様々なレパートリーが存在する。そこで、本研究では、これまで合成報告例の無かった層状酸ヨウ化物の合成に取り組み、その結果、3つの新規化合物の開発に成功した。いずれも塩化物よりも高活性な光触媒として機能することを見出し、層状ペロブスカイト酸ヨウ化物の水分解用光触媒としての可能性を広げたといえる。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(3 results)
Research Products
(19 results)
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[Journal Article] Manipulation of charge carrier flow in Bi4NbO8Cl nanoplate photocatalyst with metal loading2022
Author(s)
Kanta Ogawa, Ryota Sakamoto, Chengchao Zhong, Hajime Suzuki, Kosaku Kato, Osamu Tomita, Kouichi Nakashima, Akira Yamakata, Takashi Tachikawa, Akinori Saeki, Hiroshi Kageyama, Ryu Abe
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Journal Title
Chemical Science
Volume: 13
Issue: 11
Pages: 3118-3128
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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