2016 Fiscal Year Annual Research Report
Artificial Photosynthetic System with Function of Photocatalyst for Hydrogen Evolution
| Project Area | Chemical conversion of solar energy by artificial photosynthesis: a breakthrough by fusion of related fields toward realization of practical processes |
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| Project/Area Number |
24107004
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
工藤 昭彦 東京理科大学, 理学部, 教授 (60221222)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 和仁 神奈川大学, 理学部, 教授 (20221088)
酒井 健 九州大学, 理学研究院, 教授 (30235105)
加藤 英樹 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (60385515)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | 元素置換 / 分子性触媒 / 光触媒 / 水素生成 / 金属酸化物 / 光分子デバイス / 光生物学的水素生産 / ニトロゲナーゼ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
工藤グループは，水分解および水素生成のための金属酸化物の開発を行った。層状構造を持つ紫外光応答型光触媒の可視光応答化を目的として，CuCl溶融塩処理によるCu(I)のインターカレーションを試みた。A2La2Ti3O10 (A = Li, Na, K)をCuCl処理した粉末のCu(I)置換率を調べたところ，Na体とK体ではほぼ100%であったのに対し，Li体では35%であった。置換率の低いLi体の可視光領域の吸収は，Na体やK体に比べ小さく，吸収端も短波長側に位置していた。これらの光触媒は，可視光照射下における硫黄系還元剤を含む水溶液からの水素生成反応に活性を示した。
加藤グループは，銅置換による新しい酸化物光触媒創製を目指して紫外光応答型のYTa7O19光触媒に銅置換を行ったところ，可視光照射下で水素生成に活性な光触媒として機能することを見いだした。また，スプレードライ法を用いることで比較的高活性なRhドープチタン酸ストロンチウムが合成できることを明らかにした。
酒井グループは，水素生成反応を低過電圧駆動するニッケル錯体触媒を創出することに成功した。また，各種コバルト，ルテニニウム，銅錯体が高い酸素生成触媒活性を示すことも明らかにした。さらに，分子性色素を酸化チタン薄膜に固定化した光電気化学セルの作製と機能評価を行い，高い耐久性を示す光水素生成系の構築に成功した。
井上グループでは，ニトロゲナーゼの副反応により生ずる水素の生産性を高めるためにアナベナに代替型ニトロゲナーゼ遺伝子を導入し，V型が優先的な発現する株を作成した。紅色光合成細菌ルブリビバックス ゲラチノーサスを生物工学的に改良し野生型よりも水素生産性が向上した株を作成した。二層型バイオリアクターを試作し，紅色光合成細菌とシアノバクテリアの培養層を二層化することで，シアノバクテリアが吸収しない近赤外光を利用して紅色光合成細菌が水素を発生できることを確認した。
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| Research Progress Status |
28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 |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Particulate photocatalyst sheets based on carbon conductor layer for efficient Z-scheme pure-water splitting at ambient pressure2017
Author(s)
Q. Wang, T. Hisatomi, Y. Suzuki, Z. Pan, J. Seo, M. Katayama, T. Minegishi, H. Nishiyama, T. Takata, K. Seki, A. Kudo, T. Yamada, K. Domen
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 139
Pages: 1675-1683
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Scalable water splitting on particulate photocatalyst sheets with a solar-to-hydrogen energy conversion efficiency exceeding 1%2016
Author(s)
Q. Wang, T. Hisatomi, Q. Jia, H. Tokudome, M. Zhong, C. Wang, Z. Pan, T. Takata, M. Nakabayashi, N. Shibata, Y. Li, I. Sharp, A. Kudo, T. Yamada, and K. Domen
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Journal Title
Nature Mater.
Volume: 15
Pages: 611-615
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Photoreduced graphene oxide as a conductive binder for improving the water splitting activity of photocatalyst sheets2016
Author(s)
Z. Pan, T. Hisatomi, Q. Wang, S. Chen, A. Iwase, M. Nakabayashi, N. Shibata, T. Takata, M. Katayama, T. Minegishi, A. Kudo, and K. Domen
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Journal Title
Adv. Funct. Mater.
Volume: 26
Pages: 7011-7019
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Photocatalyst Sheets Composed of Particulate LaMg1/3Ta2/3O2N and Mo-Doped BiVO4 for Z-Scheme Water Splitting under Visible Light2016
Author(s)
Z. Pan, T. Hisatomi, Q. Wang, S. Chen, M. Nakabayashi, N. Shibata, C. Pan, T. Takata, M. Katayama, T. Minegishi, A. Kudo, and K. Domen
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Journal Title
ACS Catal.
Volume: 6
Pages: 7188-7196
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Boron-doped diamond semiconductor electrodes: Efficient photoelectrochemical CO2 reduction through surface modification2016
Author(s)
N. Roy, Y. Hirano, H. Kuriyama, P. Sudhagar, N. Suzuki, K. Katsumata, K. Nakata, T. Kondo, M. Yuasa, I. Serizawa, T. Takayama, A. Kudo, A. Fujishima, and C. Terashima
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 6
Pages: -
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Ultrastable low-bias water splitting photoanodes via photocorrosion inhibition and in-situ catalyst regeneration2016
Author(s)
Y. Kuang, Q. Jia, G. Ma, T. Hisatomi, T. Minegishi, H. Nishiyama, M. Nakabayashi, N. Shibata, T. Yamada, A. Kudo, and K. Domen
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Journal Title
Nature Energy
Volume: 2
Pages: -
DOI
Peer Reviewed
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