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ヘテロ接合量子ドット光触媒を用いる高効率光触媒反応の開発

Publicly Offered Research

Project AreaChemical conversion of solar energy by artificial photosynthesis: a breakthrough by fusion of related fields toward realization of practical processes
Project/Area Number 15H00870
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

鳥本 司  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (60271029)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2016)
Budget Amount *help
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2015: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywords半導体ナノ粒子 / 量子ドット / 光触媒 / 水素発生 / 多元半導体 / ヘテロ接合 / 電荷分離
Outline of Annual Research Achievements

太陽光の高効率なエネルギー変換を目指して、近赤外領域に光吸収をもつ半導体ナノ粒子の新規合成が盛んに行われている。なかでもCu2ZnSnS4(CZTS)は、高い吸光係数と狭いエネルギーギャップ(Eg)(1.4 eV)をもち、さらに安価・低毒性な元素のみから構成されることから、次世代光エネルギー変換材料として注目されている。近年、このCZTSとAg2ZnSnS4(AZTS)とのバルク固溶体((Cu1-xAgx)2ZnSnS4, CAZTS)が、水素生成反応に対して高い光触媒活性を示すことが報告された。そこで本研究では、CZTSとAg2ZnSnS4(AZTS)との固溶体からなるナノ粒子を合成し、その近赤外領域における光吸収特性を評価した。
CAZTSナノ粒子は、対応する金属のジエチルジチオカルバミン酸塩をオレイルアミンに加え、窒素雰囲気下300℃で熱分解することで作製した。得られた粒子をFTO基板上に固定し、さらに窒素雰囲気下300℃で焼成することで、CAZTSナノ粒子薄膜を得た。
液相合成により生成したCAZTSナノ粒子は平均粒径約4~8 nmの多角形粒子であり、そのXRDパターンはケステライト構造CAZTS固溶体に一致した。用いる金属前駆体のCu/Ag比を変化させることで、得られた粒子の化学組成を0≦x≦1の範囲で制御することができた。粒子のEgは、組成xの増加によって1.1 (x = 0)から1.8 eV(x = 1)に連続的に変化した。
FTO電極上に製膜したCAZTSナノ粒子薄膜に光照射すると、いずれの場合もカソード光電流を生じ、その大きさはより負な電位を印加することで増大したことから、p型半導体電極に類似した光応答といえる。一方、AZTSナノ粒子を担持した電極では、より正な電位の印加によりアノード光電流が増大し、n型半導体特性を示した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2017 2016 2015

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Acknowledgement Compliant: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 7 results)

  • [Journal Article] Controlling Shape Anisotropy of ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanoparticles for Improving Photocatalytic Activity2016

    • Author(s)
      Tsukasa Torimoto, Yutaro Kamiya, Tatsuya Kameyama, Hiroyasu Nishi, Taro Uematsu, Susumu Kuwabata, and Tamaki Shibayama
    • Journal Title

      ACS Appl. Mater. Interfaces

      Volume: 8 Issue: 40 Pages: 27151-27161

    • DOI

      10.1021/acsami.6b10408

    • NAID

      120006220236

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Highly Durable Pt Nanoparticle-supported Carbon Catalysts for the Oxygen Reduction Reaction Tailored by Using an Ionic Liquid Thin Layer2016

    • Author(s)
      Kazuki Yoshii, Keisuke Yamaji, Tetsuya Tsuda, Hiroaki Matsumoto, Takeshi Sato, Reiko Izumi, Tsukasa Torimoto, and Susumu Kuwabata
    • Journal Title

      J. Mater. Chem. A

      Volume: 4 Issue: 31 Pages: 12152-12157

    • DOI

      10.1039/c6ta04859e

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Crystal Phase-controlled Synthesis of Rod-shaped AgInTe2 Nanocrystals for in vivo Imaging in the Near-infrared Wavelength Region2016

    • Author(s)
      T. Kameyama, Y. Ishigami, H. Yukawa, T. Shimada, Y. Baba, T. Ishikawa, S. Kuwabata, T. Torimoto
    • Journal Title

      Nanoscale

      Volume: 8 Issue: 10 Pages: 5435-5440

    • DOI

      10.1039/c5nr07532g

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Controlling the Electronic Energy Structure of ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanocrystals for Photoluminescence and Photocatalytic Hydrogen Evolution2015

    • Author(s)
      T. Kameyama, T. Takahashi, T. Machida, Y. Kamiya, T. Yamamoto, S. Kuwabata, T. Torimoto
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. C

      Volume: 119 Issue: 44 Pages: 24740-24749

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.5b07994

    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Photocatalytic Activity of Anisotropic-shaped ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanoparticles2017

    • Author(s)
      Tsukasa Torimoto, Yutaro Kamiya, Susumu Kuwabata, and Tatsuya Kameyama
    • Organizer
      Materials Challenges in Alternative and Renewable Energy 2017(MCARE 2017)
    • Place of Presentation
      Jeju, Korea
    • Year and Date
      2017-02-20
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Shape-Dependent Photocatalytic H2 Evolution Activity of ZnS-AgInS2 Solid Solution Nanoparticles2016

    • Author(s)
      T. Torimoto, Y. Kamiya, S. Kuwabata, and T. Kameyama
    • Organizer
      PRiMe 2016
    • Place of Presentation
      Honolulu, USA
    • Year and Date
      2016-10-02
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Preparation of multinary metal chalcogenide semiconductor nanocrystals and their size-and composition-dependent photochemical properties2016

    • Author(s)
      鳥本 司
    • Organizer
      2016年光化学討論会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2016-09-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] カルコパイライト型量子ドットの組成・形状の精密制御とその光化学特性2016

    • Author(s)
      鳥本 司
    • Organizer
      日本化学会 第96春季年会
    • Place of Presentation
      京田辺
    • Year and Date
      2016-03-24
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ヘテロ接合をもつZnSe-AgInS2複合ナノ粒子の作製と光触媒活性2016

    • Author(s)
      岸まり乃, 亀山達矢, 桑畑進, 鳥本司
    • Organizer
      日本化学会 第96春季年会
    • Place of Presentation
      京田辺
    • Year and Date
      2016-03-24
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
  • [Presentation] Size-controlled synthesis of ZnS-AgInS2 solid solution nanoparticles and their visible-light-driven photocatalytic activity2015

    • Author(s)
      Tsukasa Torimoto, Yutaro Kamiya, Tatsuya Kameyama, Susumu Kuwabata
    • Organizer
      PACIFICHEM2015
    • Place of Presentation
      Honolulu, USA
    • Year and Date
      2015-12-15
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] サイズと組成に依存したZnS-AgInS2固溶体ナノ結晶の光触媒活性2015

    • Author(s)
      鳥本 司
    • Organizer
      第25回日本MRS年次大会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2015-12-08
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Tunable Electronic Energy Structure of ZnSe-AgInSe2 Solid Solution Nanoparticles for Solar Energy Conversion2015

    • Author(s)
      Tsukasa Torimoto, Yusuke Douke, Hiroko Shibakawa, Susumu Kuwabata, Tatsuya Kameyama
    • Organizer
      227th ECS Meeting
    • Place of Presentation
      Chicago, USA
    • Year and Date
      2015-05-24
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2015-04-16   Modified: 2018-03-28  

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