| Project/Area Number |
19K15314
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 26040:Structural materials and functional materials-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
Hyodo Junji 九州大学, 稲盛フロンティア研究センター, 特任助教 (70736149)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 光触媒 / 完全水分解反応 / バンドエンジニアリング / 酸素欠陥 / 格子欠陥 / 金属-担体相互作用 / 欠陥化学 / 界面 / 水素 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、同一組成でも合成時の酸素分圧の制御によりp型・n型どちらにもなることができる鉄添加SrTiO3を対象材料として、(1) 格子欠陥濃度(電子・正孔濃度)を制御した粉末光触媒の合成、(2)精密電気化学計測による光照射下におけるキャリア密度の定量、(3)接合金属種および接合種の接合順を制御する。これにより、反応溶液-光触媒界面におけるバンド構造と光触媒特性の関係を明らかにし、光触媒水分解反応に最適な界面バンド構造を解明する。
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| Outline of Final Research Achievements |
Photocatalysts with "n-type-metal-p-type" junctions were synthesized and evaluated for their complete water splitting reaction activity using Pt-supported p-type and n-type Fe-substituted SrTiO3 as a model system. No improvement in photocatalytic activity was observed due to the formation of the "n-type-metal-p-type" junction, which was initially expected. This may be due to the fact that the surface atomic rearrangement during the catalyst synthesis hindered the formation of an ideal interface and prevented the formation of an interfacial band structure that could efficiently transport excitons to the reaction site, using the metal auxiliary catalyst as an excited electron and hole recombination site.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本研究成果は、半導体材料と金属の界面形成時の表面原子再配列や界面原子の相互拡散を精密に制御する触媒合成プロセス最適化の必要性を強く示すものである。表面および界面原子再配列には材料組成、酸素欠陥濃度、ガス雰囲気、温度が関与していることが本研究で示唆され、これらの自由度の組み合わせの中から、光触媒の機能を最大限引き出すプロセスを開発する必要がある。本研究にて見出された課題を克服することで、太陽光エネルギーを活用した高効率水素生成が可能となり、持続可能な開発の実現できるものと考えられる。
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