水を電子源とした二酸化炭素の還元反応のための高品質微結晶光触媒の開発

• Project Area: Chemical conversion of solar energy by artificial photosynthesis: a breakthrough by fusion of related fields toward realization of practical processes
• Project/Area Number: 25107515
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 吉田 寿雄 京都大学, 人間・環境学研究科(研究院), 教授 (80273267)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2014: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2013: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 光触媒 / 人工光合成 / 二酸化炭素

Outline of Annual Research Achievements

地球環境維持と代替炭素資源確保の観点から，二酸化炭素を有用な化学物質に変換できる人工光合成を実現させることは重要である．我々は銀添加酸化ガリウム光触媒を用いて水を電子源として二酸化炭素を一酸化炭素に還元することに成功したが，さらなる高効率化のため以下の作業仮説を立てた．すなわち，半導体の光励起により結晶内部に生成する正孔電子対が別々にある特定面に向かい移動すれば，正孔電子対の再結合が抑制され，還元・酸化反応の逆反応もより抑制され，さらには，それぞれの反応場に適した助触媒が選択的に添加されていればより高効率に反応を進行させられると考えた．そこで，特定の結晶面が露出し酸化面・還元面が区別される高品質な微結晶を合成し，それぞれに適した助触媒を添加した高度に構造制御された光触媒を設計することとした．その手段として，形状制御された単結晶の合成に使われる溶融塩法（フラックス法）を利用した．
本年度は，チタン酸ナトリウムやチタン酸カリウム，チタン酸カルシウムを様々な条件で合成し，条件を選べば，チタン酸ナトリウムやチタン酸カリウムでは角柱状微結晶，チタン酸カルシウムでは多面体微結晶を得ることができることがわかった．これらの微結晶光触媒に銀助触媒を添加し，微結晶や助触媒の構造・状態と光触媒活性を比較検討した結果，これらの系で共通して，微結晶の大きさが大きいほど光触媒活性が高いことを見出し，助触媒となる銀の添加率が高いほど一酸化炭素生成速度が高いことが見いだされた．

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Calcium titanate photocatalyst prepared by a flux method for reduction of carbon dioxide with water (2015)
  • Author(s): H. Yoshida, L. Zhang, M. Sato, T. Morikawa, T. Kajino, T. Sekito, S. Matsumoto, H. Hirata
  • Journal Title: Catal. Today Volume: 印刷中 Pages: 132-139
  • DOI: 10.1016/j.cattod.2014.10.039
  • NAID: 120005613677
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Potassium hexatitanate photocatalysts prepared by a flux method for water splitting (2014)
  • Author(s): H. Yoshida,* M. Takeuchi, M. Sato, L. Zhang, T. Teshima, M. G. Chaskar
  • Journal Title: Catal. Today Volume: 232 Pages: 158-164
  • DOI: 10.1016/j.cattod.2013.10.046
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Influence of the Preparing Method of a Ag/Ga₂O₃Catalyst on its Activity for Photocatalytic Reduction of CO₂with Water (2014)
  • Author(s): N. Yamamoto, T. Yoshida, S. Yagi, Z. Like, T. Mizutani, S. Ogawa, H. Nameki, H. Yoshida
  • Journal Title: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology Volume: 12 Issue: 0 Pages: 263-268
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2014.263
  • NAID: 130004438889
  • ISSN: 1348-0391
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] In-Situ FT-IR Study on the Mechanism of CO₂Reduction with Water over Metal (Ag or Au) Loaded Ga₂O₃Photocatalysts (2014)
  • Author(s): M. Yamamoto, T. Yoshida, N. Yamamoto, H. Yoshida, S. Yagi
  • Journal Title: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology Volume: 12 Issue: 0 Pages: 299-303
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2014.299
  • NAID: 130004933816
  • ISSN: 1348-0391
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Helium plasma implantation on metals: Nanostructure formation and visible-light photocatalytic response (2013)
  • Author(s): S. Kajita
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 113 Issue: 13 Pages: 134301-134301
  • DOI: 10.1063/1.4798597
  • NAID: 120006733925
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of hollow spherical tantalum oxide nanoparticles and their photocatalytic activity for hydrogen production (2013)
  • Author(s): S. Lin, L. Shi, H. Yoshida, M. Li, X. Zou
  • Journal Title: J. Solid State Chem. Volume: 199 Pages: 15-20
  • DOI: 10.1016/j.jssc.2012.11.016
  • Peer Reviewed
• [Presentation] さまざまな形状をもつチタン酸塩光触媒による二酸化炭素還元反応 (2015)
  • Author(s): 福尾 奈央斗・佐藤 万純・森川 健志・梶野 勉・坂野 充・ 松本 伸一・平田 裕仁・吉田 寿雄
  • Organizer: 第95回日本化学会春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学理工学部船橋キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-28
• [Presentation] 融剤法により調製したチタン酸カリウム光触媒による水分解反応 (2015)
  • Author(s): 徳田 洋介、吉田 寿雄
  • Organizer: 第115回触媒討論会
  • Place of Presentation: 成蹊大学
  • Year and Date: 2015-03-24
• [Presentation] Reduction of carbon dioxide with water on calcium titanate photocatalyst (2014)
  • Author(s): Hisao YOSHIDA, Like ZHANG, Masumi SATO, Takeshi MORIKAWA, Tsutomu KAJINO, Mitsuru SAKANO, Takeshi SEKITO, Shinichi MATSUMOTO, Hirohito HIRATA
  • Organizer: 2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • Place of Presentation: Awaji
  • Year and Date: 2014-11-24 – 2014-11-28
• [Presentation] Reduction of carbon dioxide with water on sodium hexatitanate photocatalyst (2014)
  • Author(s): Hisao YOSHIDA, Masumi SATO, Like ZHANG, Takeshi MORIKAWA, Tsutomu KAJINO, Mitsuru SAKANO, Takeshi SEKITO, Shinichi MATSUMOTO, Hirohito HIRATA
  • Organizer: 2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • Place of Presentation: Awaji
  • Year and Date: 2014-11-24 – 2014-11-28
• [Presentation] チタン酸カリウム光触媒による水分解反応 (2014)
  • Author(s): 徳田 洋介、吉田 寿雄
  • Organizer: 第7回触媒表面化学研究発表会
  • Place of Presentation: 関西大学
  • Year and Date: 2014-10-31
• [Presentation] 種々の条件で調製したチタン酸カルシウム光触媒による二酸化炭素還元反応 (2014)
  • Author(s): 福尾奈央斗、佐藤万純、吉田寿雄
  • Organizer: 第24回キャラクタリゼーション講習会
  • Place of Presentation: 香川大学
  • Year and Date: 2014-10-24
• [Presentation] 融剤法により調製したチタン酸塩光触媒の構造と二酸化炭素還元活性に対する融剤の効果 (2014)
  • Author(s): 佐藤万純・Zhang Like・竹内将城・森川健志・梶野勉・坂野充・松本伸一・平田裕人・吉田寿雄
  • Organizer: 第114回触媒討論会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2014-09-27
• [Presentation] Potassium hexatitanate photocatalysts prepared by a flux method for water splitting (2014)
  • Author(s): Hisao Yoshida, Masaki Takeuchi, Masumi Sato, Like Zhang, Tomoki Teshima, Manohar Ganpat Chaskar
  • Organizer: 第12回触媒化学ワークショップ
  • Place of Presentation: 福井県国際交流会館
  • Year and Date: 2014-08-03 – 2014-08-05
• [Presentation] 二酸化炭素還元のためのチタン酸塩光触媒に対する融剤の影響 (2014)
  • Author(s): 佐藤万純，吉田寿雄
  • Organizer: 第12回触媒化学ワークショップ
  • Place of Presentation: 福井県国際交流会館
  • Year and Date: 2014-08-03 – 2014-08-05
• [Presentation] Preparation of calcium titanate photocatalysts by a flux method for reduction of carbon dioxide with water (2014)
  • Author(s): H. Yoshida, L. Zhang, M. Sato, T. Morikawa, T. Kajino, T. Sekito, S. Matsumoto, H. Hirata
  • Organizer: Scientific Bases for Preparation of Heterogeneous Catalysts – PREPA11
  • Place of Presentation: Louvain-la-Neuve, Belgium
  • Year and Date: 2014-07-06 – 2014-07-10
• [Presentation] Preparation of sodium hexatitanate photocatalysts by a flux method for reduction of carbon dioxide with water (2014)
  • Author(s): Masumi Sato, L. Zhang, K. Masuda, T. Morikawa, T. Kajino, T. Sekito, S. Matsumoto, H. Hirata, H. Yoshida
  • Organizer: Scientific Bases for Preparation of Heterogeneous Catalysts – PREPA11
  • Place of Presentation: Louvain-la-Neuve, Belgium
  • Year and Date: 2014-07-06 – 2014-07-10
• [Presentation] Preparation of CaTiO3 photocatalysts by a flux method for reduction of CO2 with water (2014)
  • Author(s): Masumi Sato, Like Zhang, Hisao Yoshida
  • Organizer: 第5回触媒科学研究発表会
  • Place of Presentation: 名古屋大学ES総合館ESホール
  • Year and Date: 2014-06-13
• [Presentation] Calcium Titanate Photocatalyst Prepared by A Flux Method for Reduction of Carbon Dioxide with Water (2014)
  • Author(s): Hisao Yoshida, Like Zhang, Masumi Sato, Takeshi Morikawa, Tsutomu Kajino, Takeshi Sekito, Shinichi. Matsumoto, Hirohito Hirata
  • Organizer: TOCAT7 KYOTO2014
  • Place of Presentation: KYOTO, JAPAN
  • Year and Date: 2014-06-01 – 2014-06-06
• [Presentation] Sodium Hexatitanate Photocatalysts Prepared by A Flux Method for Reduction of Carbon Dioxide with Water (2014)
  • Author(s): Masumi Sato, Zhang Like, Keigo, Masuda, Takeshi Morikawa, Tsutomu Kajino, Takeshi Sekito, Shinichi Matsumoto, Hirohito Hirata, Hisao Yoshida
  • Organizer: TOCAT7 KYOTO2014
  • Place of Presentation: KYOTO, JAPAN
  • Year and Date: 2014-06-01 – 2014-06-06
• [Presentation] 融剤法により調製したチタン酸カルシウム光触媒上での水を還元剤とした二酸化炭素還元反応 (2014)
  • Author(s): 佐藤万純・Zhang Like・森川健志・梶野勉・関藤武士・松本伸一・平田裕人・吉田寿雄
  • Organizer: 第113回触媒討論会
  • Place of Presentation: ロワジールホテル豊橋
• [Presentation] 水を電子源とした二酸化炭素還元反応のためのチタン酸カルシウム光触媒の構造と活性 (2013)
  • Author(s): 吉田寿雄
  • Organizer: 新学術領域研究 人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換 第2回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 立命館大学朱雀キャンパス
• [Presentation] 融剤法により調製したチタン酸ナトリウム光触媒による二酸化炭素還元反応 (2013)
  • Author(s): 佐藤 万純・ZHANG, Like・増田 桂悟・吉田 寿雄
  • Organizer: 第112回触媒討論会
  • Place of Presentation: 秋田大学
• [Presentation] 融剤処理酸化ガリウム光触媒による二酸化炭素還元反応 (2013)
  • Author(s): 増田桂悟・吉田寿雄
  • Organizer: 第112回触媒討論会
  • Place of Presentation: 秋田大学
• [Presentation] Potassium titanate photocatalysts prepared by a flux method for hydrogen production from water (2013)
  • Author(s): H. Yoshida, M. Takeuchi, L. Zhang, M. G. Chaskar
  • Organizer: The 14th Japan-Korea Symposium on Catalysis
  • Place of Presentation: Winc Aichi, Nagoya
• [Presentation] 融剤法により調製したチタン酸ナトリウム光触媒による二酸化炭素還元反応
  • Author(s): 佐藤 万純・ZHANG, Like・増田 桂悟・吉田 寿雄
  • Organizer: 第6回触媒表面化学研究発表会
  • Place of Presentation: 関西大学