準安定相を有する新規高活性水分解光触媒の創製

Research Project

Project/Area Number	22K14770
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 36020:Energy-related chemistry
Research Institution	Tokyo University of Science
Principal Investigator	山口友一東京理科大学, 理学部第一部応用化学科, 嘱託特別講師 (30843122)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000) Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000) Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords	光触媒 / 水分解 / 準安定相 / 急冷処理 / 人工光合成 / 可視光
Outline of Research at the Start	半導体光触媒を用いた水分解によるソーラー水素製造は，資源・エネルギー・環境問題を解決するための重要な研究課題である。光触媒の高活性化には，「バンドギャップの狭窄化」および「光励起キャリヤの再結合の抑制」が不可欠である。申請者は，光触媒の結晶構造の歪みの解消がこれらの要因に対して正に働くことに着目した。そのなかでも歪みの少ない準安定相を有する新規水分解光触媒を開発し，高活性化を目指すことが本研究の目的である。申請者の研究グループで独自に開発された有望な種々の水分解光触媒材料に対して，急冷処理を施すことで準安定相を有する高活性な新規水分解光触媒の開発を行う。
Outline of Annual Research Achievements	半導体光触媒を用いた水分解によるソーラー水素製造は，資源・エネルギー・環境問題を解決するための重要な研究課題である。本技術の実用化のためには，高活性な水分解光触媒の開発が求められている。光触媒の高活性化には，「バンドギャップの狭窄化」および「光励起キャリヤの再結合の抑制」が不可欠である。申請者は，光触媒の結晶構造の歪みの解消がこれらの要素に対して優位に働く可能性があることに着目した。歪みの少ない準安定相を有する新規水分解光触媒を開発し，水分解の高活性化を目指すことが本研究の目的である。当該年度では，モデル光触媒として，ペロブスカイト型の結晶構造を有するNaTaO3およびAgTaO3を用いた。これらの酸化物は高温下でCubic相を有することが報告されている。そこで，Cubic相を有するNaTaO3およびAgTaO3光触媒を合成することを目指した。固相合成後の両サンプルを高温下の電気炉から取り出し，直ちに液体窒素下で急冷処理を施した。AgTaO3において，高温下の電気炉から取り出した粉末の色を確認したところ，色が黄色に変化していたが，液体窒素下で冷やした後の粉末の色は紫色を呈していた。これはAgナノ粒子が粒子表面上に析出したためだと考えられる。そして，そのX線回折パターンを調べたところ，AgTaO3において，歪み由来の分裂したピークが一つのピークに近づいていることを確認した。しかしながら現状，完全なCubic相のAgTaO3は得られてない。本研究の目的を達成するためには，更なるストラテジーが必要である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 当該年度の研究によって，アニール処理後に液体窒素下での急冷処理を施すことで，準安定相が得られる可能性があることを見いだした。しかし，当初の目的であった完全なる準安定相が未だ得られていないため。
Strategy for Future Research Activity	これまで，あらかじめ固相合成した材料に対してアニール処理を行い，急冷処理を施すことを試みた。当該年度の研究によって準安定相が得られる可能性を見いだすことができたが，完全なる準安定相を有する材料の開発には至らなかった。そこで，次年度よりフラックス剤を用いた合成法を適用する。フラックス剤の融点以上の温度にアニールし，その後，急冷処理を施すことで準安定相を有する材料の合成を試みる。