• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Hydrogen-Evolving CNT-Photocatalysts for Effective Use of Solar Energy

Research Project

Project/Area Number 20K05266
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 28030:Nanomaterials-related
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

TAJIMA Tomoyuki  岡山大学, 環境生命科学学域, 講師 (90467275)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords単層カーボンナノチューブ / 光電変換 / ヘテロ接合 / 光触媒 / 光水素生成反応 / ホットエレクトロン / ヘテロ接合界面 / チタニア / 高次エキシトン / CO2フリー / 光水素製造 / 半導体性カーボンナノチューブ / 光誘起電子移動 / 電子抽出剤 / 色素内包カーボンナノチューブ / CO2フリー水素製造 / 水分解光触媒 / ナノ同軸ヘテロ接合
Outline of Research at the Start

これまでに本研究者が見出した、半導体性カーボンナノチューブ(s-SWCNTs)とフラロデンドロンによる自己組織化的なs-SWCNT/C60同軸ヘテロ接合の光電変換機能と水分解光触媒機能に関する研究を深化・発展させ、『内包色素/s-SWCNT/電子抽出層』からなるナノ同軸ヘテロ接合界面を種々構築し、s-SWCNTのヘリシティー選択的な光励起を利用し、様々なヘリシティーのs-SWCNTと他材料との光有機電子移動に関する学術的・基礎科学的な知見を得る。また、ナノ同軸ヘテロ接合と薄膜ヘテロ接合の違いを考察し、ナノ材料と有機分子との界面現象の理解を深め、光電変換効率の向上に必要な分子設計指針を得る。

Outline of Final Research Achievements

Single-walled carbon nanotube (SWCNT)/TiO2 hybrids were synthesized using 1,10-bis(decyloxy)decane-core PAMAM dendrimer as a molecular glue. Upon photoirradiation of a water dispersion of SWCNT/TiO2 hybrids with visible light (> 422 nm), the hydrogen evolution reaction proceeded at a rate of 0.95 mmol/h in the presence of a sacrificial agent (1-benzyl-1,4-dihydronicotinamide, BNAH). External quantum yields (EQYs) of the hydrogen production reaction photosensitized by (6,5), (7,5), and (8,3) tubes were estimated to be 5.5%, 3.6%, and 2.2%, respectively, using monochromatic lights corresponding to their E22 absorptions (570 nm, 650 nm, and 680 nm). This order of EQYs (i.e., (6,5) > (7,5) > (8,3)SWCNTs) exhibited the dependence on the C2 energy level of SWCNT for EQY and proved the hot electron extraction pathway.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

s-SWCNTsの光吸収を利用した光電変換素子のうち、薄膜太陽電池は、性能が著しく向上し、新しい知見が報告されている。同軸ワイヤー状のヘテロ接合界面は、薄膜太陽電池でしばしば問題となる隣接するs-SWCNT間の励起子移動を考慮する必要がないことや、複数のヘリシティーが混在しても活性への影響が小さいなどの利点が多い。本研究成果はSWCNTを中心とした光触媒分野だけでなく、光デバイスの根本的な性能向上となり得るSWCNTの光物性に関する基礎科学的で重要な知見が得られたものと考えられ、今後、光触媒や太陽電池など様々な光機能デバイスの応用に関して多岐にわたる分野でのブレイクスルーが期待される。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (6 results)

  • [Journal Article] Composite Formation of Anthrylene- and Ferrocenoyl-Substituted Phenyleneethynylenes with Single-Wall Carbon Nanotubes (SWCNTs)2023

    • Author(s)
      Watanabe Hikaru、Ekuni Kento、Okuda Yasuhiro、Nakayama Ryo、Kawano Keisuke、Iwanaga Tetsuo、Yamaguchi Atsushi、Kiyomura Tsutomu、Miyake Hideaki、Yamagami Masahiro、Tajima Tomoyuki、Kitai Takumi、Hayashi Tomoya、Nishiyama Naoto、Kusano Yoshihiro、Kurata Hiroki、Takaguchi Yutaka、Orita Akihiro
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 96 Issue: 1 Pages: 57-64

    • DOI

      10.1246/bcsj.20220308

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] カーボンナノチューブ選択励起を利用した光触媒的水素発生2023

    • Author(s)
      山神将大、田嶋智之、西山尚人、林 友哉、高口 豊
    • Journal Title

      触媒

      Volume: 65 Pages: 23-28

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Hot Electron Extraction in SWCNT/TiO2 for Photocatalytic H2 Evolution from Water2022

    • Author(s)
      Yamagami Masahiro、Tajima Tomoyuki、Zhang Zihao、Kano Jun、Yashima Ki-ichi、Matsubayashi Takana、Nguyen Huyen Khanh、Nishiyama Naoto、Hayashi Tomoya、Takaguchi Yutaka
    • Journal Title

      Nanomaterials

      Volume: 12 Issue: 21 Pages: 3826-3826

    • DOI

      10.3390/nano12213826

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Dye-sensitized H2 evolution from water facilitated by photoinduced electron transfer between molecules on the inside and the outside of a carbon nanotube2021

    • Author(s)
      Tomoyuki Tajima, Masahiro Yamagami, Ryohei Sagawa, Hideaki Miyake, and Yutaka Takaguchi
    • Journal Title

      J. Appl. Phys

      Volume: 129 Issue: 1 Pages: 014303-014303

    • DOI

      10.1063/5.0026896

    • Related Report
      2021 Research-status Report 2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Photoinduced Electron Transfer in a MoS2/Anthracene Mixed-Dimensional Heterojunction in Aqueous Media2020

    • Author(s)
      Tajima Tomoyuki、Okabe Shogo、Takaguchi Yutaka
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 93 Issue: 6 Pages: 745-750

    • DOI

      10.1246/bcsj.20200026

    • NAID

      130007856019

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Synthesis of poly(amidoamine)dendron having a [70]fullerene at the focal point2023

    • Author(s)
      Masashi Nishimoto, Akane Tanaka, Yutaka Takaguchi, Tomoyuki Tajima
    • Organizer
      第64回 フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム CIRFE-FNTGジョイントシンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ドデカボレート-グルコース複合体の合成とホウ中性子補足療法への応用2022

    • Author(s)
      桑田淳司・山神将大・森原 聡・藤本卓也・金平典之・道上宏之・高口 豊・田嶋智之
    • Organizer
      第49回有機典型元素化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ジエトキシホスホニル基を末端にもつ両親媒性ポリアミドアミンデンドリマーの合成と性質2022

    • Author(s)
      水口拓也・伊丹嘉志・山神将大・高口 豊・田嶋智之
    • Organizer
      第49回有機典型元素化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ドデカハイドロ-closo-ドデカボレートのヨウ化反応2022

    • Author(s)
      光田淳太・泉 祐人・倉田一輝・田嶋智之
    • Organizer
      第49回有機典型元素化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] [70]フラーレンを焦点部位にもつポリアミドアミンデンドロンの合成と性質2022

    • Author(s)
      田中朱音・江藤慎之介・高口豊・田嶋智之
    • Organizer
      2022年日本化学会中国四国支部大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ジエトキシホスホニル基を末端にもつ両親媒性ポリアミドアミンデンドリマ ーの合成と性質2022

    • Author(s)
      水口拓也・伊丹嘉志・山神将大・高口豊・田嶋智之
    • Organizer
      2022年日本化学会中国四国支部大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] カーボンナノチューブ内外の分子間光電子誘起移動によって促進される色素増感水分解水素生成2022

    • Author(s)
      水口 拓也・田嶋 智之・山神 将大・高口 豊
    • Organizer
      第19回ホストーゲスト・超分子化学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 高次エキシトンの直接電子抽出を指向した水分解光触媒としてのSWCNT/TiO2 hybridsの開発2022

    • Author(s)
      山神 将大・田嶋 智之・高口 豊
    • Organizer
      第19回ホストーゲスト・超分子化学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ホウ素中性子捕捉療法に有用なドデカボレート-グルコース複合体の合成2022

    • Author(s)
      桒田 淳司・田嶋 智之・山神 将大・森原 聡・藤本 卓也・道上 宏之・高口 豊
    • Organizer
      第19回ホストーゲスト・超分子化学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] カーボンナノチューブと複合体を形成するD-π-A型アリーレンエチニレン色素の合成2022

    • Author(s)
      渡部 光・江國 堅登・奥田 靖浩・田嶋 智之・高口 豊・折田 明浩
    • Organizer
      第19回ホストーゲスト・超分子化学シンポジウム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ナノ構造集積化による希少元素を用いない太陽光エネルギー変換・CO2フリー水素製造技 術開発2022

    • Author(s)
      田嶋智之
    • Organizer
      大学等シーズ発信会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 不安定色素のカーボンナノチューブへの内包による安定化と可視光レドックス触媒への応用2021

    • Author(s)
      矢野琴音, 光田淳太, 田嶋智之, 北井拓実, 八嶋希一, 奥野摩歩, 高口 豊
    • Organizer
      第48回有機典型元素化学討論会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Remarks] 太陽光とカーボンナノチューブ光触媒を利用した水の完全光分解によるCO2フリー水素製造

    • URL

      https://sdgs.okayama-u.ac.jp/efforts/index.php?c=efforts_view&pk=209

    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Research-status Report
  • [Remarks] 研究室webページ

    • URL

      http://www.ecm.okayama-u.ac.jp/organic/

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Remarks] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.ecm.okayama-u.ac.jp/organic/

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Remarks] CanApple ニュース 光吸収材料としての SWCNTs

    • URL

      http://www.canapple.com/doc/newsletter/news_232.pdf

    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Remarks] 研究室HP

    • URL

      http://www.ecm.okayama-u.ac.jp/organic/

    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks] 岡山大学SDGs推進表彰(President Award)

    • URL

      https://sdgs.okayama-u.ac.jp/sdgs/detail.php?seq=11

    • Related Report
      2020 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi