複合アニオン化合物の光励起ダイナミクス
Publicly Offered Research
| Project Area | Synthesis of Mixed Anion Compounds toward Novel Functionalities |
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| Project/Area Number |
19H04708
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Toyota Technological Institute |
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Principal Investigator |
山方 啓 豊田工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60321915)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 光触媒 / 欠陥 / 再結合 / 電荷移動 / 時間分解分光 / 複合アニオン化合物 / アニオン欠陥 / トラップ準位 / キャリアダイナミクス / 複合アニオン材料 / 金属酸窒化物材料 / キャリアーダイナミクス |
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| Outline of Research at the Start |
金属酸窒化物をはじめとする様々な複合アニオンにおけるキャリアーの挙動を明らかにすることで、光触媒活性をさらに向上させることが本研究の目的である。複合アニオン材料はアニオン欠陥が生成しやすい。例えば、金属酸窒化物は、金属酸化物をアンモニア気流下で高温加熱して合成される。しかし、強い還元雰囲気下に晒されるので酸素欠損ができやすい。この酸素欠損は電子を深くトラップし、電子の反応活性を低下させる。そこで、本研究では、窒化条件や前駆体の種類を変えたり、ドーピングによって、アニオン欠陥の数や電子トラップ準位の深さがどのように変化するかを明らかにすることで、深い欠陥準位を形成しない合成条件の探索に貢献する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
光触媒反応のメカニズムを解明するためには、光励起キャリアーの挙動を調べる必要がある。自由電子はバンド内遷移に帰属される吸収を中赤外域に与える。また、トラップ電子はトラップ準位から伝導帯への電子遷移に帰属される吸収を可視から近赤外域に与える。一方、トラップ正孔は可視から近赤外域に吸収を与えるが、この吸収の起源が分かっていなかった。従来、トラップ正孔の吸収は、価電子帯からトラップ正孔への電子遷移に帰属されていた。しかし、それではトラップ正孔の準位は伝導帯の直下に来ることになってしまう。電子遷移に伴うトラップ正孔の再配向エネルギーを考慮すれば、そのエネルギー差はもう少し減少する。しかし、それでも酸化反応を引き起こすにはトラップ準位が深すぎることが問題であった。そこで、本研究では組成や構造のバリエーションが豊富な金属酸窒化物を用いて、トラップ正孔の吸収スペクトルを測定した。まずTa2O5を窒化して調製したTa3N5とTaONの拡散反射吸収スペクトルを測定すると窒化が進行するにつれて吸収端が長波長側にシフトした。次に、これらの試料の過渡吸収スペクトルを測定すると、トラップ正孔の吸収はバンドギャップの変化と連動し、バンドギャップより若干低エネルギー側に出現することが分かった。この結果をさらに詳しく調べるためにこれらと構造が異なるATaO2N (A=Ca, Sr, Ba)を用いた。Aサイトカチオンが大きくなるにつれて吸収端が長波長側にシフトした。それと同時に、トラップ正孔の吸収もバンドギャップと連動してシフトした。トラップ正孔の吸収波長は価電子帯の位置とも無関係であることから、バンドギャップの大きさそのものに相関があることを見いだした。これらの結果を考慮し、トラップ正孔の存在により価電子帯の上端が歪むことで新しい吸収が出現しこれが間接的に正孔濃度を反映するというモデルを提案した。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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Report
(1 results)
Research Products
(114 results)
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[Journal Article] Atomically Dispersed Antimony on Carbon Nitride for the Artificial Photosynthesis of Hydrogen Peroxide2021
Author(s)
Zhenyuan Teng, Qitao Zhang, Hongbin Yang, Kosaku Kato, Wenjuan Yang, Ying-Rui Lu, Sixiao Liu, Chengyin Wang, Akira Yamakata, Chenliang Su, Bin Liu, Teruhisa Ohno
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Journal Title
Nature Catalysis
Volume: -
NAID
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Na-containing Pt cocatalyst for efficient visible-light-induced hydrogen evolution on BaTaO2N2021
Author(s)
Huihui Li, Daling Lu, Shanshan Chen, Takashi Hisatomi, Junie Jhon M. Vequizo, Jiadong Xiao, Zheng Wang, Lihua Lin, Qi Xiao, Yuliang Sun, Yugo Miseki, Kazuhiro Sayama, Akira Yamakata, Tsuyoshi Takata, Kazunari Domen
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Journal Title
Journal of Materials Chemistry A
Volume: -
Issue: 24
Pages: 13851-13854
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Sequential cocatalyst decoration on BaTaO2N towards highly-active Z-scheme water splitting2021
Author(s)
Zheng Wang, Ying Luo, Takashi Hisatomi, Junie Jhon M Vequizo, Sayaka Suzuki, Shanshan Chen, Mamiko Nakabayashi, Lihua Lin, Zhenhua Pa, Nobuko Kariya, Akira Yamakata, Naoya Shibata, Tsuyoshi Takata, Katsuya Teshima and Kazunari Domen
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Issue: 1
Pages: 1005-1005
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Efficient photocatalytic hydrogen evolution on single-crystalline metal selenide particles with suitable cocatalysts2020
Author(s)
Chen Shanshan, Vequizo Junie Jhon M., Hisatomi Takashi, Nakabayashi Mamiko, Lin Lihua, Wang Zheng, Yamakata Akira, Shibata Naoya, Takata Tsuyoshi, Yamada Taro, Domen Kazunari
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Journal Title
Chemical Science
Volume: -
Issue: 25
Pages: 6436-6441
DOI
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[Journal Article] Solar-Driven Photoelectrochemical Water Oxidation over an n-Type Lead Titanium Oxyfluoride Anode2019
Author(s)
N. Hirayama, H. Nakata, H. Wakayama, S. Nishioka, T. Kanazawa, R. Kamata, Y. Ebato, K. Kato, H. Kumagai, A. Yamakata, K. Oka, and K. Maeda
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Journal Title
Journal of the American Chemical Society
Volume: 141
Issue: 43
Pages: 17158-17165
DOI
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