| Project/Area Number |
22K19039
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 34:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 光触媒 / 色素増感 / 水素生成 / 疎水性相互作用 / 脂質二分子膜 / 水分解 / インク / 光電極 / 水分解反応 / ボトムアップ構築 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では可視光触媒ナノ粒子の表面改質と導電性高分子コロイドを組み合わせて「伝導性光触媒インク」を創出し、温和かつ簡便な成膜過程により軽くて柔軟な光電極の構築を目指します。多孔質電極という制限された場で、光吸収・電荷分離・触媒活性という光触媒に必須な３機能を組み上げる従来のShip-in-a-bottle法から脱却し、３機能を併せ持つ材料と電極を構成する材料を組み合わせて広大な光反応場を作り上げるbottom-up法へと大きく転換することで、重くて硬い水分解光電気化学セルのイメージを刷新し、ニーズに合わせてセルの形状や大きさを自在に変えられる新世代デバイスの創出に挑戦します。
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| Outline of Final Research Achievements |
To enable the construction of light and flexible photoelectrodes through a mild and simple process, the aim of this study was to create photocatalytic inks by surface modification of visible photocatalytic nanoparticles. Photocatalytic nanoparticles with hydrophobic dyes were newly synthesised and dispersed on the phospholipid bilayers. This system can function as highly active hydrogen-evolution photocatalysts. As a further strategy for higher activity, a 'photoredox cascade catalyst' was successfully constructed by combining photosensitizing dye bilayers and a visible light transparent electron mediator. It was also found that hydrogen production with a quantum yield of 2.2% was achieved under conditions using a redox-reversible Co complex as the electron source for hydrogen production.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
疎水性光触媒ナノ粒子と脂質二分子膜を組み合わせることで、光触媒反応に好適な反応場を作り出す戦略は、本研究が新しく実証したものであり、光触媒の多用途化・大規模化における基盤的知見になり得る。同時に実証した色素と伝達剤を組み合わせた光レドックスカスケード触媒系は、光触媒活性を抜本的に向上させ得る新しい分子戦略として位置付けでき、次世代水素社会の実現に実質的に貢献できる戦略になり得ると期待できる。
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