Creation of highly active water-splitting photocatalysts
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 |
20H05115
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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 | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
根岸 雄一 東京理科大学, 理学部第一部応用化学科, 教授 (20332182)
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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 |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 水分解光触媒 / 金属クラスター / 高機能化 / 面選択的担持 / 可視光応答 / 高活性化 / 助触媒 / water-splitting / photocatalysys |
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| Outline of Research at the Start |
水素は、エネルギー・環境問題を解決する新たなエネルギー源として大きな期待を集めており、太陽エネルギー（太陽光）と水から水素を発生させる水分解光触媒、特に近年では、太陽光を効率よく利用することが可能な可視光応答型の水分解光触媒が大きな注目を集めている。本研究では、高活性な結晶面を高い割合にて含んだ可視光応答水分解光触媒を作成し、そうした結晶面へ助触媒を選択的に担持することで、高活性な可視光応答水分解光触媒を創出する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
水分解光触媒は、水と太陽光からクリーンなエネルギー源である水素を製造できるため、長年注目を集めている。このような光触媒の高活性化には、金属ナノ粒子（NPs）を助触媒として光触媒上に担持することが有効である。我々はこれまでに、金属NPsよりも微細な金属ナノクラスター（NCs）や金属錯体を合成し、それらを担持する手法を確立することで、活性点となる助触媒の微細化に伴う水分解光触媒の高活性化に成功してきた。一方、一部の半導体光触媒においては、励起された電子と正孔（キャリア）が、それぞれ到達しやすい結晶面が存在することが知られている。そのため、微細な助触媒を適切な光触媒結晶面に選択的に担持できれば、更なる活性向上が期待できる。そこで、本研究では、水素生成助触媒として働く微細なロジウム（Rh）酸化物を、光触媒上の励起電子が移動しやすい結晶面（水素生成面）へ選択的に担持する方法を開発し、水分解活性の更なる向上を試みた。光触媒担体には18-facet SrTiO3（18-STO）を、助触媒の前駆体には液相法により合成したRh錯体（Rh:SG）を用いた。初めに18-STO表面上に酸化クロム（Cr2O3）膜を光電着させた。その後、この光触媒にRh:SGをメタノール存在下で光電着することにより、Rh:SGを18-STOの結晶面のうち水素生成面（{100}面）上に選択的に担持させた。次に、焼成処理により配位子を除去し、光照射することで目的の光触媒（RhxCryOz /18-STO）を調製した（本手法）。本手法で調製した光触媒は、Bare-18-STOと比較して大幅に高い水分解活性を示した。これは、NCs吸着法と比較しても1.2倍高い。これらは、Rh酸化物助触媒を18-STOの水素生成面に選択的に担持することによって、励起キャリアの再結合が抑制されたためだと解釈した。
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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
(35 results)
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[Journal Article] Creation of High-Performance Heterogeneous Photocatalysts by Controlling Ligand Desorption and Particle Size of Gold Nanocluster2021
Author(s)
T. Kawawaki, Y. Kataoka, M. Hirata, Y. Akinaga, R. Takahata, K. Wakamatsu, Y. Fujiki, M. Kataoka, S. Kikkawa, A. S. Alotabi, S. Hossain, D. J. Osborn, T. Teranishi, G. G. Andersson, G. F. Metha, S. Yamazoe, Y. Negishi
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Journal Title
Angew. Chem. Int. Ed
Volume: 60
Issue: 39
Pages: 21340-21350
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Understanding and designing one-dimensional assemblies of ligand-protected metal nanoclusters2020
Author(s)
Sakiat Hossain, Yukari Imai, Yuichi Motohashi, Zhaoheng Chen, Daiki Suzuki, Taiyo Suzuki, Yuki Kataoka, Momoko Hirata, Tasuku Ono, Wataru Kurashige, Tokuhisa Kawawaki, Takahiro Yamamoto and Yuichi Negishi
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Journal Title
Materials Horizons
Volume: 7
Issue: 3
Pages: 796-803
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Activation of Water-Splitting Photocatalysts by Loading with Ultra-fine Rh–Cr Mixed-Oxide Co-catalyst Nanoparticles2020
Author(s)
Wataru Kurashige, Yutaro Mori, Shuhei Ozaki, Masanobu Kawachi, Sakiat Hossain, Tokuhisa Kawawaki, Cameron J. Shearer, Akihide Iwase, Gregory F. Metha, Seiji Yamazoe, Akihiko Kudo, and Yuichi Negishi
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Journal Title
Angew. Chem. Int. Ed.
Volume: 59
Issue: 18
Pages: 7076-7082
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Increase in CO2 reduction rate via optical near-field effect2020
Author(s)
Takashi Yatsui, Yuki Nakamura, Yosuke Suzuki, Tatsuki Morimoto, Yuma Kato, Muneaki Yamamoto, Tomoko Yoshida, Wataru Kurashige, Nobuyuki Shimizu, Yuichi Negishi, Kenji Iida, Katsuyuki Nobusada
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Journal Title
Journal of Nanophotonics
Volume: 14
Issue: 04
Pages: 046011-046011
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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