Hydrogen Production by Water Splitting Using Metallic Nanoparticle Composite Photoelectrode for Effective Utilization of Solar Energy

• Project/Area Number: 26810105
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Energy-related chemistry
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: FUKU KOJIRO 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 太陽光発電研究センター, 研究員 (10711765)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 光電極 / 水素 / 過酸化水素 / 水 / 太陽光 / 半導体 / 酸素 / ナノ粒子 / 太陽光エネルギー / 酸化物半導体 / 金属ナノ粒子 / LSPR誘起反応 / 高付加価値酸化生成物

Outline of Final Research Achievements

The production of hydrogen peroxide was investigated using water as the raw material to effectively utilize oxidative reactions in the photoelectrochemical production of hydrogen by water splitting. The oxidative production and accumulation of hydrogen peroxide were achieved with high photocurrent property and selectivity under irradiation of simulated solar light by combining a composite photoanode using bismuth vanadium oxide and electrolyte of hydrogen carbonate. Design of photoelectrode system specialized to production of hydrogen peroxide was also achieved by introducing reductive production of hydrogen peroxide from oxygen as a cathode reaction.

Research Products

• [Journal Article] Efficient oxidative hydrogen peroxide production and accumulation in photoelectrochemical water splitting using a tungsten trioxide/bismuth vanadate photoanode (2016)
  • Author(s): Kojiro Fuku, Kazuhiro Sayama
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 52 Issue: 31 Pages: 5406-5409
  • DOI: 10.1039/c6cc01605g
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Photoelectrochemical Reaction for the Efficient Production of Hydrogen and High-Value-Added Oxidation Reagents (2015)
  • Author(s): Kojiro Fuku, Nini Wang, Yugo Miseki, Takashi Funaki, Kazuhiro Sayama
  • Journal Title: ChemSusChem Volume: 印刷中 Issue: 9 Pages: 1593-1600
  • DOI: 10.1002/cssc.201403463
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 酸化反応において高選択的に過酸化水素を生成する光電極システムの設計 (2016)
  • Author(s): 宮瀬 雄太、福 康二郎、三石 雄悟、郡司 天博、佐山 和弘
  • Organizer: 日本化学会第96春季年会
  • Place of Presentation: 同志社大学 京田辺キャンパス（京都府・京田辺市）
  • Year and Date: 2016-03-25
• [Presentation] Photoelectrode system for the production of hydrogen and high-value-added oxidation reagents (2015)
  • Author(s): Kazuhiro Sayama, Kojiro Fuku, Yugo Miseki, Takashi Funaki
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem)
  • Place of Presentation: Hyatt Regency Waikiki, Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Design of photoelectrode system for oxidative production of hydrogen peroxide in water splitting (2015)
  • Author(s): Kojiro Fuku, Kazuhiro Sayama
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015 (Pacifichem)
  • Place of Presentation: Hyatt Regency Waikiki, Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 酸化物光電極システムにおける酸化反応の有効利用の検討 (2015)
  • Author(s): 宮瀬 雄太、福 康二郎、三石 雄悟、郡司 天博、佐山 和弘
  • Organizer: 第22回シンポジウム「光触媒反応の最近の展開」
  • Place of Presentation: 東京理科大学 野田キャンパス カナル会館（千葉県・野田市）
  • Year and Date: 2015-12-04
• [Presentation] 水を酸化して過酸化水素を製造できる光電極システムの設計 (2015)
  • Author(s): 福 康二郎、佐山 和弘
  • Organizer: 第116回触媒討論会
  • Place of Presentation: 三重大学（三重県・津市）
  • Year and Date: 2015-09-17
• [Presentation] 光電極を用いた水素製造をともなう過酸化物合成 (2015)
  • Author(s): 宮瀬 雄太、福 康二郎、三石 雄悟、郡司 天博、佐山 和弘
  • Organizer: 第116回触媒討論会
  • Place of Presentation: 三重大学（三重県・津市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] Oxidative production of peroxides using WO3/BiVO4 photoanode (2015)
  • Author(s): Yuta Miyase, Kojiro Fuku, Yugo Miseki, Takahiro Gunji, Kazuhiro Sayama
  • Organizer: First International Symposium on Recent Progress of Energy and Environmental Photocatalysis (Photocatalysis 1)
  • Place of Presentation: 東京理科大学 野田キャンパス カナル会館（千葉県・野田市）
  • Year and Date: 2015-09-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficient production of hydrogen peroxide using BiVO4 photoelectrode for effective utilization of oxidative reaction in water splitting (2015)
  • Author(s): Kojiro Fuku, Kazuhiro Sayama
  • Organizer: 7th International Conference on Green and Sustainable Chemistry, 4th JACI/GSC Symposium
  • Place of Presentation: 一橋大学 一橋講堂（東京都・千代田区）
  • Year and Date: 2015-07-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficient production of hydrogen peroxide using BiVO4 photoelectrode for effective utilization of oxidative reaction in water splitting (2015)
  • Author(s): Kojiro Fuku, Kazuhiro Sayama
  • Organizer: 第4回JACI/GSCシンポジウム・第7回GSC東京国際会議
  • Place of Presentation: 一橋大学 一橋講堂
  • Year and Date: 2015-07-05 – 2015-07-08
• [Presentation] BiVO4を用いた酸化的な過酸化水素製造 (2015)
  • Author(s): 福 康二郎、佐山 和弘
  • Organizer: 第34回光がかかわる触媒化学シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京工業大学 蔵前会館 くらまえホール（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2015-06-19
• [Presentation] 水素および高付加価値酸化生成物の効率的製造を目指した光電極システムの設計 (2015)
  • Author(s): 福 康二郎、三石 雄悟、舩木 敬、佐山 和弘
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 理工学部船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] WO3/BiVO4光電極を用いた酸化的な化合物合成 (2015)
  • Author(s): 宮瀬 雄太、福 康二郎、三石 雄悟、郡司 天博、佐山 和弘
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学 理工学部船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-26
• [Presentation] WO3光電極による酸化反応の有効利用を目指した水分解水素製造 (2015)
  • Author(s): 佐山 和弘、福 康二郎、Wang Nini、三石 雄悟
  • Organizer: 電気化学会第82回大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 2015-03-17
• [Presentation] BiVO4光電極による酸化反応の有効利用を目指した水分解水素製造 (2015)
  • Author(s): 福 康二郎、宮瀬 雄太、Wang Nini、三石 雄悟、郡司 天博、佐山 和弘
  • Organizer: 電気化学会第82回大会
  • Place of Presentation: 横浜国立大学
  • Year and Date: 2015-03-17
• [Patent(Industrial Property Rights)] 過酸化水素の製造方法および製造装置 (2016)
  • Inventor(s): 福 康二郎、草間 仁、佐山 和弘
  • Industrial Property Rights Holder: 福 康二郎、草間 仁、佐山 和弘
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-062043
  • Filing Date: 2016-03-25
• [Patent(Industrial Property Rights)] 過酸化水素の製造方法および製造装置 (2015)
  • Inventor(s): 福 康二郎、草間 仁、佐山 和弘
  • Industrial Property Rights Holder: 福 康二郎、草間 仁、佐山 和弘
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2015-163005
  • Filing Date: 2015-08-20
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光エネルギーの利用方法および光エネルギーの利用装置 (2014)
  • Inventor(s): 佐山 和弘、福 康二郎、三石 雄悟
  • Industrial Property Rights Holder: 佐山 和弘、福 康二郎、三石 雄悟
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2014-227980
  • Filing Date: 2014-11-10
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光エネルギーの利用方法および光エネルギーの利用装置 (2014)
  • Inventor(s): 佐山 和弘、福 康二郎、三石 雄悟
  • Industrial Property Rights Holder: 佐山 和弘、福 康二郎、三石 雄悟
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2014-227981
  • Filing Date: 2014-11-10