Determination of the internal quantum efficiency for photocatalytic reaction over semiconductor particles by photoacoustic detection
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of novel light energy conversion system through elucidation of the molecular mechanism of photosynthesis and its artificial design in terms of time and space |
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| Project/Area Number |
20H05107
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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 |
Complex systems
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
村上 直也 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (10452822)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 光触媒 / 量子効率 / 光音響 |
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| Outline of Research at the Start |
量子効率は，半導体光触媒の性能を表す重要な指標でありながら，吸収光子量の把握が難しいが故に「見かけの」量子効率に置き換えられて評価されてきた．本研究は，光音響分光分析と光触媒反応系を組み合わせることによって，光触媒反応に由来する熱量変化を解析し，懸濁系光触媒反応の「真の」量子効率を測定することのできるシステムを確立する．初年度は，既報をもとに，アルミをドープしたチタン酸ストロンチウム粒子を合成し，これを用いて水の完全分解反応における「真の」量子効率分析システムの確立を行う．次年度は，様々な光触媒反応および光触媒材料に対して本システムによる解析を行い，測定結果の妥当性の検証を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子効率は，半導体光触媒の性能を表す重要な指標でありながら，粉末系の半導体光触媒においては吸収光子量の把握が難しいが故に「見かけの」量子効率に置き換えられて評価されてきた．本研究では，光音響分光分析と光触媒反応系を組み合わせることによって，光触媒反応に由来する熱量変化を解析し，粉末系光触媒反応の「真の」量子効率を測定することのできるシステムを確立することを目的に行った．研究開始初年度（R２年度）では，光音響分析装置，光触媒反応器，生成物分析装置（TCDのガスクロマトグラフ）が一体となった分析システムを構築し，アルミをドープしたチタン酸ストロンチウム（Al:SrTiO3）粒子を平面基板に固定した試料を用いて水蒸気を含むアルゴンガス流通下で水分解反応を行ったところ，得られた「真の」量子効率の妥当性を確認している．２年目（R３年度）は，温度コントローラー，温湿度計，ガスサンプラ―を分析系に組み込むことで，装置の拡張を行った．様々な，湿度・温度条件において検討を行ったところ，光触媒反応の進行に由来する発生熱量と「見かけの」量子効率の間の相関関係によって得られる光吸収効率（光照射波長：365 nm）は，いずれの条件においても同等の値を示しており，「真の」量子効率としても妥当な結果を得ることができた．今後は，本分析システムを懸濁系光触媒の反応系に拡張し検討を行う予定である．
また，２年目（R３年度）は，平成30～令和元年度の新学術領域研究（公募）において確立した半導体光電極の「真の」量子効率測定システムを拡張し，種々の発光波長を有する発光ダイオード（LED）を光源として用いることによって，バナジン酸ビスマス（BiVO4）/FTO光電極の量子収率測定の照射波長依存性を行った．光照射方向（BiVO4サイド，FTOサイド）によって「真の」量子効率の照射波長依存性が大きく異なることが明らかとなった．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
