2021 Fiscal Year Annual Research Report
分子・半導体光触媒による高効率可視光水分解系の開発
| 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 |
17H06439
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
阿部 竜 京都大学, 工学研究科, 教授 (60356376)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八木 政行 新潟大学, 自然科学系, 教授 (00282971)
佐山 和弘 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 首席研究員 (70357169)
井上 晴夫 東京都立大学, 都市環境科学研究科, 特別先導教授 (90087304)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 人工光合成 / 水素製造 / 光触媒 / 水分解 / 可視光 / 半導体 / 金属錯体 / 過酸化水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、太陽光を利用して水素および過酸化水素を効率良く生産することを目的に、相補的な性質を有する金属錯体等の機能性分子系および金属酸化物等の無機半導体系をハイブリッド化して各々の特性を協奏的に向上させた高性能光触媒を開発し、これらを光合成模倣型の「二段階励起型水分解系」に適用し、高効率かつ高選択的な光エネルギー・物質変換系を実証することを目的とする。今年度は、各研究機関において以下のような成果が得られた。
京都大では、ヨウ素を含むペロブスカイト層状酸ハロゲン化物が塩化物や臭化物に比べて長波長吸収と長寿命な光キャリアをあわせ持つことで高活性な可視光水分解用光触媒として機能するなどを見出すとともに、Vを含むW系ポリオキソメタレートが高性能なレドックスとして機能することなどを見出した。さらに公募池田班、民秋班、小林班とそれぞれ共同研究を進め、新規かつ高効率な可視光水素生成系を開発した。
新潟大では、世界最小の過電圧（ηO210 = 32 mV）を有するニッケル硫化物/窒化炭素複合アノード触媒の開発に成功し、世界最小の印加電圧（1.30 V）での水電解を実証した。また、高耐久性FeNiWOxアノード触媒を開発し、これを用いた水電解セルとGaAs二接合型太陽電池を連結させて、13.9％変換効率で少なくとも1か月安定に作動する太陽光水分解系を構築した。
産総研では、産総研では、海水中での光電極反応における助触媒の生成物選択性を調べ、酸化コバルトが幅広い条件で次亜塩素酸のみ生成できることを確認した。さらに、炭酸塩水溶液からの過酸化水素生成において過炭酸経由の反応機構を明らかにした。
都立大では都立大では、分子触媒増感半導体ナノ微粒子による水分子の2電子酸化／過酸化水素生成反応の全機構を解明し、反応性向上への指針を得た。また、これまで不明であったRe錯体によるCO2光還元反応機構を解明した。
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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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[Journal Article] Manipulation of charge carrier flow in Bi4NbO8Cl nanoplate photocatalyst with metal loading2021
Author(s)
Ogawa, K.; Sakamoto, R.; Zhong, C.; Suzuki, H.; Kato, K.; Tomita, O.; Nakashima, K.; Yamakata, A.; Tachikawa, T.; Saeki, A.; Kageyama, H.; Abe, R.
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Journal Title
Chem. Sci.
Volume: 13
Pages: 3118-3128
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] PbBi3O4X3 (X=Cl, Br) with Single/Double Halogen Layers as a Photocatalyst for Visible-light-driven Water Splitting: Impact of Halogen Layer on Band Structure and Stability2021
Author(s)
Suzuki, H.; Higashi, M.; Tomita, O.; Ishii, Y.; Yamamoto, T.; Kato, D.; Kotani, T.; Ozaki, D.; Nozawa, S.; Nakashima, K.; Fujita, K.; Saeki, A.; Kageyama, H.; Abe, R.
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Journal Title
Chem. Mater.
Volume: 33
Pages: 9580-9587
DOI
Peer Reviewed
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