Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
酸化物ナノシートのような半導体ナノシートは、太陽光エネルギー変換材料として国内外で注目されている。しかしながら、酸化物ナノシートは可視光領域の光を吸収できないため、バンドギャップをさらに小さくする必要がある。これまでに、酸素サイトの一部を窒素で置換した酸窒化物ナノシートが有望と考えられている。そこで、本研究では酸窒化物ナノシートの合成方法を開発し、その光触媒活性や光電気化学水蒸気電解特性を調査することを目標とする。
ナノシートは厚さ1ナノメートル程度、四方の大きさが数百ナノメートルの広さを持つ表面アモルファス相がない単結晶であるため、光励起したキャリアなどが散乱されにくく、優れた光触媒になり得ると考えられている。可視光照射下で動作させるためには、可視光を吸収できるようなエネルギー準位を形成させる必要がある。本研究では層状酸窒化物・窒化物の剥離により可視光に応答する酸窒化物・窒化物ナノシート光触媒の合成と、ナノシート表面・層間の光誘起プロトン伝導を利用した光電気化学的な水蒸気電解セルを開発し、複合アニオン化により可視光照射下でのエネルギー変換効率の向上を目的として研究を進めた。その結果、窒化物ナノシートでは初めて厚さ1ナノメートル程度の窒化タンタルナノシートの合成に成功し、550ナノメールの光に応答して水素生成の光触媒として機能することを明らかにした。また、半導体ナノシートに電極を形成して、光電気化学的の水蒸気を電解したところ、1.23V以下の電圧で光電気化学的に水蒸気を分解できることも明らかにした。さらに、バンドギャップの制御可能なランタンとニオブを含む酸窒化物ナノシートの合成方法を開発し、580ナノメートル以上の長波長を利用できる新しい酸窒化物ナノシート光触媒を合成した。そのほか、半導体ナノシート内部に孤立したロジウム反応サイトをドープしたナノシート光触媒に酸化ニッケルを光担持させることで、水分解光触媒として機能することも明らかにした。
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results, Invited: 3 results) Book (1 results)
ChemistrySelect
Volume: 5 Issue: 43 Pages: 13761-13765
10.1002/slct.202004129
Journal of Physical Chemistry C
Volume: 124 Issue: 38 Pages: 20846-20853
10.1021/acs.jpcc.0c03132
Chemical Communications
Volume: 56 Issue: 68 Pages: 9811-9814
10.1039/d0cc04158k
Chemistry Letters
Volume: 49 Issue: 8 Pages: 888-891
10.1246/cl.200283
130007884736
