金属ドープタンタル酸塩光触媒の活性サイト科学：3D解析を可能にする試料調製

• Project Area: 3D Active-Site Science
• Project/Area Number: 15H01046
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 大西 洋 神戸大学, 理学研究科, 教授 (20213803)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000); Fiscal Year 2016: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2015: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 光触媒 / 電子励起状態 / 電子-正孔再結合 / 金属酸化物 / 半導体 / ドーピング / 放射光 / 蛍光エックス線 / 表面・界面物性 / 二酸化炭素排出抑制 / 化学物理 / 結晶工学 / 走査プローブ顕微鏡 / 結晶構造 / ペロブスカイト構造 / エピタキシャル薄膜 / 放射光実験

Outline of Annual Research Achievements

金属元素（Sr2+など）をドーピングしたタンタル酸塩ペロブスカイト（NaTaO3, KTaO3など）は世界最高活性の水分解光触媒となる。本研究では、収率向上の鍵であるドーパントの3D活性構造の解析を目標とした。本年度は（1）KTaO3単結晶にCa2+をドーピングした光触媒モデルを構築して蛍光エックス線ホログラフィでCa2+の3D構造を解析した。（2）Sr2+をドーピングしたNaTaO3光触媒微粒子中のSr2+濃度傾斜をTEM-EDSで可視化した。以下では（1）について報告する。
Ca2+をドーピングしたKTaO3単結晶光触媒モデルの蛍光エックス線ホログラフィ：KTaO3（100）単結晶基板にCa2+を15 mol%ドープした光触媒モデルのCa-Kβ線ホログラムを、SPring-8（BL13XU）において大気中室温で測定した。軽元素（原子番号20）であるCaが発する蛍光エックス線は微弱であり、決して容易な測定ではなかったが、入射エックス線エネルギーを変えて測定した3枚のホログラムを測定して散乱体の3D分布を再構築した。もっとも強い散乱を与える散乱体（Ta5+）はx軸・y軸・z軸上の原点から0.39 nm離れた位置に6個出現した。Ca2+がTa5+のつくる八面体の中心に位置し、Ca2+とTa5+距離がKTaO3の格子定数0.399 nmに等しいことは、Ca2+がTa5+を置換してBサイトを占有することを示している。これに加えて、Ca2+を中心とする一辺0.43 nmの立方体の頂点に8個の散乱体が検出された。Ca2+の一部がK+を置換してAサイトを占有し、隣接するTa5+による散乱波を感受したと解釈できる。活性サイトの3D構造をモデルフリーに決定する蛍光エックス線ホログラフィーの特長を活かして、同一結晶に共存する2種類の異なるドーパント構造を検出できた。

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。

Research Products

• [Int'l Joint Research] カールスルーエ工科大学/マックスプランク高分子研究所/フライブルク大学(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] ミラノビコッカ大学(イタリア)
• [Int'l Joint Research] アールト大学(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] アールト大学(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] カールスルーエ工科大学(ドイツ)
• [Journal Article] Effect of Etching on Electron–Hole Recombination in Sr-doped NaTaO3 Photocatalysts (2015)
  • Author(s): Longjie An, Yohan Park, Youngku Sohn, Hiroshi Onishi
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry C Volume: 119 Issue: 51 Pages: 28440-28447
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b09638
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 光触媒を活性化するメカニズムの一端を解明 (2015)
  • Author(s): 大西洋
  • Journal Title: O plus E Volume: 37 Pages: 774-774
• [Journal Article] Rate of Ag Photodeposition on Sr-doped NaTaO₃Photocatalysts as Controlled by Doping Sites (2015)
  • Author(s): Longjie An, Hiroshi Onishi
  • Journal Title: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology Volume: 13 Issue: 0 Pages: 253-255
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2015.253
  • NAID: 130005073184
  • ISSN: 1348-0391
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Electron-Hole Recombination Controlled by Doping Sites in Perovskite-structured Photocatalysts: Sr-doped NaTaO3 (2015)
  • Author(s): Longjie An, Hiroshi Onishi
  • Journal Title: ACS Catalysis Volume: 5 Issue: 6 Pages: 3196-3206
  • DOI: 10.1021/acscatal.5b00484
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] TaまたはGaをドープしたSrTiO3光触媒の固相合成と溶融塩合成 (2017)
  • Author(s): Yohan Park, 大西洋
  • Organizer: 第119回触媒討論会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都・八王子市）
  • Year and Date: 2017-03-21
• [Presentation] NaTaO3光触媒のLaドーピング：溶融塩合成・固相合成・水熱合成の比較 (2017)
  • Author(s): 周以重, 安龍杰, 佐々木拓朗, 一國伸之, 大西洋
  • Organizer: 第119回触媒討論会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都・八王子市）
  • Year and Date: 2017-03-21
• [Presentation] CaをドーピングしたKTaO3単結晶の局所構造解析 (2017)
  • Author(s): 藤原知也, 戎佳宏, 八方直久, 林好一, 大西洋
  • Organizer: 第119回触媒討論会
  • Place of Presentation: 首都大学東京（東京都・八王子市）
  • Year and Date: 2017-03-21
• [Presentation] 金属ドープタンタル酸塩光触媒の活性サイト科学：3D解析を可能にする試料調製 (2017)
  • Author(s): 大西洋, 橘田晃宜
  • Organizer: 新学術領域研究「３Ｄ活性サイト科学」第5回成果報告会
  • Place of Presentation: 伊豆山研修センター（静岡県・熱海市）
  • Year and Date: 2017-03-04
• [Presentation] 固相焼成プロセスによる KTaO3(100) 基板からのNaTaO3(100) 結晶の作製 (2017)
  • Author(s): 橘田晃宜, 大西洋
  • Organizer: 新学術領域研究「３Ｄ活性サイト科学」第5回成果報告会
  • Place of Presentation: 伊豆山研修センター（静岡県・熱海市）
  • Year and Date: 2017-03-04
• [Presentation] Ta- or Ga-doped SrTiO3 Photocatalysts Synthesized by Molten-Salt Method (2017)
  • Author(s): Yohan Park, Hiroshi Onishi
  • Organizer: 2017 International Conference on Artificial Photosynthesis (ICARP2017)
  • Place of Presentation: 立命館大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2017-03-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 液中AFM観察に適した金属酸化物表面処理法の探索 (2016)
  • Author(s): Shengkai Xue, 笹原亮, 大西洋
  • Organizer: 第36回表面科学学術講演会・第57回真空に関する連合講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県・名古屋市）
  • Year and Date: 2016-11-29
• [Presentation] Single-crystalline Alkali Tantalates Doped with Alkaline Earth Metals (2016)
  • Author(s): Tomoya Fujiwara, Hiroshi Onishi
  • Organizer: 表面・界面スペクトロスコピー2016
  • Place of Presentation: 岩沼屋（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] LaドープNaTaO3光触媒の固相合成・水熱合成・溶融塩合成による調製 (2016)
  • Author(s): 周以重, 安龍杰, 大西洋
  • Organizer: XAFS夏の学校2016
  • Place of Presentation: おこばち山荘（北海道・小樽市）
  • Year and Date: 2016-09-26
• [Presentation] Electron-Hole Recombination in Sr-doped NaTaO3 Photocatalysts Synthesized in NaCl Flux (2016)
  • Author(s): Longjie An, 大西洋
  • Organizer: 第118回触媒討論会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] LaドープNaTaO3光触媒のラマンスペクトルによる解析 (2016)
  • Author(s): 周以重, 安龍杰, 大西洋
  • Organizer: 第118回触媒討論会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] 金属ドープSrTiO3光触媒の再結合と色素分解反応 (2016)
  • Author(s): 朴ヨハン, 大西洋
  • Organizer: 第118回触媒討論会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] NaTaO3エピタキシャル膜の溶媒熱合成 (2016)
  • Author(s): 藤原知也, 朴ヨハン, 大西洋
  • Organizer: 第118回触媒討論会
  • Place of Presentation: 岩手大学（岩手県・盛岡市）
  • Year and Date: 2016-09-21
• [Presentation] Electron-Hole Recombination Controlled by Sr Doping Sites in NaTaO3 Photocatalysts (2016)
  • Author(s): Longjie An, Yohan Park, 大西洋
  • Organizer: 第10回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 神戸ファッションマート（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 金属ドープタンタル酸塩光触媒の活性サイト科学：3D解析を可能にする試料調製 (2016)
  • Author(s): 大西洋, 橘田晃宜
  • Organizer: 新学術領域研究「３Ｄ活性サイト科学」第4回成果報告会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • Year and Date: 2016-09-10
• [Presentation] タンタル酸ナトリウムの透過電子顕微鏡観察 (2016)
  • Author(s): 橘田晃宜, 大西洋
  • Organizer: 新学術領域研究「３Ｄ活性サイト科学」第4回成果報告会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府・豊中市）
  • Year and Date: 2016-09-10
• [Presentation] GaまたはTaをドープしたSrTiO3光触媒の電子-正孔再結合速度 (2016)
  • Author(s): 朴ヨハン, 李浩亮, 大西洋
  • Organizer: 第117回触媒討論会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学（大阪府・堺市）
  • Year and Date: 2016-03-21
• [Presentation] 溶融塩合成法を用いてスズをドープした酸化チタン光触媒 (2016)
  • Author(s): 李浩亮, 大西洋
  • Organizer: 第117回触媒討論会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学（大阪府・堺市）
  • Year and Date: 2016-03-21
• [Presentation] Electron-Hole Recombination Restricted in Metal-Doped NaTaO3 Photocatalysts (2016)
  • Author(s): Hiroshi Onishi
  • Organizer: Seminar at Max Planck Institute for Polymer Research
  • Place of Presentation: マインツ（ドイツ）
  • Year and Date: 2016-03-04
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Electron-Hole Recombination Restricted in Metal-Doped NaTaO3 Photocatalysts (2016)
  • Author(s): Hiroshi Onishi
  • Organizer: Seminar at Institut für Funktionelle Grenzglächen, Karlsruhe Institute of Technology
  • Place of Presentation: カールスルーエ（ドイツ）
  • Year and Date: 2016-03-03
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Electron-Hole Recombination Restricted by Doping Metals to NaTaO3 Photocatalysts (2016)
  • Author(s): Hiroshi Onishi
  • Organizer: Physikalisch-Chemisches Kolloquium, Institut Physikalische Chemie, Albert-Ludwigs-Universitaet Freiburg
  • Place of Presentation: フライブルク（ドイツ）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Preparation of Metal Oxide Crystals for High-Resolution AFM Imaging in Liquid (2016)
  • Author(s): Shengkai Xue, Hiroshi Onishi
  • Organizer: 日芬研究交流ミーティング：液中走査プローブの実験と理論
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県・金沢市）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electron-Hole Recombination in Sr-doped NaTaO3 Photocatalysts: Solid-State Synthesis Versus Solvothermal Synthesis, (2015)
  • Author(s): Longjie An, Hiroshi Onishi
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM 2015)
  • Place of Presentation: ホノルル（アメリカ）
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Time-Resolved IR Absorption of Photoexcited Electrons in TiO2 (2015)
  • Author(s): Takao Mizutani, Hiroshi Onishi
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM 2015)
  • Place of Presentation: ホノルル（アメリカ）
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electron-Hole Recombination and Surface Reconstruction Controlled by Doping Sites in Sr-Doped NaTaO3 (2015)
  • Author(s): Hiroshi Onishi
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies (PACIFICHEM 2015)
  • Place of Presentation: ホノルル（アメリカ）
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ペロブスカイト型タンタル酸塩単結晶膜の水熱エピタキシャル合成 (2015)
  • Author(s): 藤原知也, 安龍傑, 大西洋
  • Organizer: 第35回表面科学学術講演会・第56回真空に関する連合講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] Electron-Hole Recombination Controlled by Doping Sites in Sr-doped NaTaO3 (2015)
  • Author(s): Hiroshi Onishi
  • Organizer: Seminar at Università di Milano-Bicocca
  • Place of Presentation: ミラノ（イタリア）
  • Year and Date: 2015-09-23
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Electron-hole recombination rate in Sr-doped NaTaO3 photocatalysts chemically etched with HF solution (2015)
  • Author(s): Longjie An, 大西洋
  • 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] 固相合成・溶融塩合成・溶媒熱合成で作製したGaドープSrTiO3光触媒 (2015)
  • Author(s): Yohan Park, 大西洋
  • 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] 励起状態にある酸化チタン光触媒の赤外吸収スペクトルの時間変化 (2015)
  • Author(s): 水谷天勇, 大西洋
  • 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] 酸化物単結晶の表面における親水性 (2015)
  • Author(s): 川崎聖治, 高橋竜太, 大西洋, Mikk Lippmaa
  • Organizer: 第76回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（愛知県・名古屋市）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] SrTiO3-Water Interface from First-Principles and Classical Molecular Dynamics Simulations (2015)
  • Author(s): Peter Spijker, Eero Holmström, Seiji Kawasaki, Mikk Lippmaa, Hiroshi Onishi, Adam Foster
  • Organizer: 18th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (NC-AFM2015)
  • Place of Presentation: カシ（フランス）
  • Year and Date: 2015-09-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] SrTiO3光触媒の固相合成・溶融塩合成・溶媒熱合成による作製 (2015)
  • Author(s): Park Yohan, Hiroshi Onishi
  • 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（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2015-06-19
• [Presentation] SrTiO3-H2O Interface from First-Principles Molecular Dynamics (2015)
  • Author(s): Eero Holmström, Seiji Kawasaki, Peter Spijker, Hiroshi Onishi, Mikk Lippmaa, Adam Foster
  • Organizer: Atomic Structure of Nanosystems from First-Principles Simulations and Microscopy Experiments (AS-SIMEX 2015)
  • Place of Presentation: ヘルシンキ（フィンランド）
  • Year and Date: 2015-06-09
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 神戸大学理学研究科化学専攻大西研究室（日本語ページ）
  • URL: http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index.html
• [Remarks] 神戸大学理学研究科化学専攻大西研究室（英語ページ）
  • URL: http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-E.html
• [Remarks] 神戸大学理学研究科化学専攻大西研究室（中国語ページ）
  • URL: http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-C.html
• [Remarks] 神戸大学理学研究科化学専攻大西研究室（韓国語ページ）
  • URL: http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-K.html
• [Remarks] 神戸大学 理学研究科化学専攻 大西研究室
  • URL: http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/
• [Remarks] 神戸大学 理学研究科化学専攻 大西研究室（英語版）
  • URL: http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-E.html
• [Remarks] 神戸大学 理学研究科化学専攻 大西研究室（中国語版）
  • URL: http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-C.html
• [Remarks] 神戸大学 理学研究科化学専攻 大西研究室（韓国語版）
  • URL: http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-K.html