| Project/Area Number |
22K20490
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
0401:Materials engineering, chemical engineering, and related fields
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology (2023)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (2022) |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2022-08-31 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | 酸化ニッケルナノ粒子 / 水の光酸化反応 / 電子の化学ポテンシャル / ルテニウム錯体 / pH緩衝剤 / 擬過電圧 / ホウ酸 / リン酸 / 人工光合成 / 半導体光触媒 / 金属酸化物ナノ粒子 / 水の酸化反応 |
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| Outline of Research at the Start |
太陽光から水素を得られる半導体光触媒の活性を決める一つの要素として、反応場としての役割を持つ助触媒が挙げられる。その効果を最大限引き出すためには、助触媒固有の性質を理解することが重要である。しかし、半導体表面にナノ粒子として担持された助触媒に対し定量的かつ詳細な調査を行うことは難しく、そのため学理に基づいた助触媒選定指針は未だ確立されていない。本研究では、水の酸化助触媒に対し、それらが有する電子の化学ポテンシャルを測定することで、各種半導体光触媒に対する助触媒の原理的な選定指針の確立を目指す。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this work, water oxidation ability over nickel oxide nanoparticles (NiOx) loaded onto TiO2 was investigated by the photochemical water oxidation system ‘without semiconductor excitation’ with ruthenium photosensitizer. It was revealed that water oxidation ability of NiOx depends on the pH buffer. From the pH thresholds that catalytically proceeding of water oxidation, chemical potential of electrons (called ‘reaction potential’) in NiOx was calculated. The potential gap between calculated reaction potential and water oxidation potential regarding as pseudo-overpotential for water oxidation was estimated as 0.51-0.52 V in phosphate buffer and 0.35-0.38 V in borate buffer, respectively.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
電気化学的な水の酸化触媒としてNiOxを用いた場合、電解質によって活性が大きく変化することが知られていた。その一方、不均一系触媒としてNiOxを用いた場合の、水の酸化反応に対する擬過電圧の定量的な差を可視化した例は本研究が初めてである。したがって本研究では、水溶液中に懸濁しているナノ粒子に対し、電極触媒で立証されている現象を初めて観測できた。不均一系触媒において、非電気化学的な「反応ポテンシャル」の観点から水の酸化触媒能を定量的に論じることが可能となったことから、触媒の材料探索だけではなく、触媒周辺の外圏的要因も考慮した反応系構築の実現が期待される。
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