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2013 Fiscal Year Annual Research Report

表面プラズモン増強光電場による革新的水完全分解光触媒の創製

Research Project

Project/Area Number 12J02251
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

吉永 泰三  筑波大学, 大学院数理物質科学研究科, 特別研究員(DC2)

Keywords局在表面プラズモン共鳴 / ナノ粒子 / 増強光電場 / 水分解 / 光触媒
Research Abstract

本研究の目的は、無機ナノ粒子と光触媒の機能複合化により、水完全分解用光触媒の世界最高活性を達成することである。具体的には、水素生成助触媒として粒径・組成比を精密に制御したRh_<2-y>Cr_yO_3複合酸化物ナノ粒子を、酸素生成助触媒として精密粒径制御したMn_3O_4ナノ粒子を液相合成により合成し、それぞれを半導体光触媒上へ高分散担持することによって光触媒活性の記録更新を目指す。
本年度は、水完全分解光触媒の酸素生成助触媒として、昨年度までに高い活性を有することが明らかになったMn_3O_4ナノ粒子のMn(II)をCo(II)に置換したCo_xMn_<3-x>O_4ナノ粒子に焦点を当てた。植物の光合成酸素発生サイトがCa^<2+>を含む酸化マンガンクラスターであることから、Mn_3O_4ナノ粒子への異種イオンの導入が触媒活性向上に寄与すると期待した。具体的には、Co置換率0~40%のCo_xMn_<3-x>O_4ナノ粒子をSrTiO_3光触媒へ担持し、水素生成助触媒(Rh/Cr_2O_3ナノ粒子)を光電着した後、水完全分解光触媒特性評価を行った。その結果、Co置換率の増加に伴い水完全分解活性が上昇し、Co置換率40%の時に無担持の場合と比較して2.6倍高い活性が得られた。さらに、Co_xMn_<3-x>O_4ナノ粒子を担持したBiYO_4光電極の光電流測定を行ったところ、Co置換率の上昇に伴い光電流値が上昇し、光触媒の安定性も増すことが明らかとなった。これらの結果は、Co置換Mn_3O_4ナノ粒子がMn_3O_4ナノ粒子よりも酸素生成助触媒として効果的に働くことを示している。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

  • Research Products

    (8 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (4 results) (of which Invited: 1 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Effect of Hydrogen and Oxygen Evolution Cocatalysts on Photocatalytic Activity of GaN : ZnO2014

    • Author(s)
      A. Xiong, T. Teranishi, T. Yoshinaga, et al.
    • Journal Title

      Eur. J. Inorg. Chem.

      Volume: 2014 Pages: 767-772

    • DOI

      10.1002/ejic.201300439

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Crystal Structure-Selective Formation and Carrier Dynamics of Type-II CdS-Cu_<31>S_<16> Heterodimers2013

    • Author(s)
      T. Teranishi, T. Yoshinaga, et al.
    • Journal Title

      J. Mater. Chem. C

      Volume: 25 Pages: 2580-2590

    • DOI

      10.1021/cm400392e

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Co-doped Mn_3O_4 Nanoparticles as an Efficient and Stable Cocatalyst for Photocatalytic and Photoelectrochemical Water Oxidation2014

    • Author(s)
      T. Yoshinaga
    • Organizer
      日本化学会第94春季年会
    • Place of Presentation
      名古屋大学 名古屋
    • Year and Date
      2014-03-29
    • Invited
  • [Presentation] 水の完全分解にむけたコバルトドープ酸化マンガンナノ粒子の合成2013

    • Author(s)
      吉永泰三、寺西利治ら
    • Organizer
      第23回日本MRS年次大会
    • Place of Presentation
      横浜開港記念会館 横浜
    • Year and Date
      2013-12-10
  • [Presentation] 水可視光応答型水分解光触媒へのコバルトドープ酸化マンガンナノ粒子の担持効果2013

    • Author(s)
      吉永泰三、寺西利治ら
    • Organizer
      第64回コロイドおよび界面化学討論会
    • Place of Presentation
      名古屋工業大学 名古屋
    • Year and Date
      2013-09-20
  • [Presentation] 水完全分解の活性向上に向けたコバルトドープ酸化マンガンナノ粒子の合成2013

    • Author(s)
      吉永泰三、寺西利治ら
    • Organizer
      ナノ学会第11回大会
    • Place of Presentation
      東京工業大学 東京
    • Year and Date
      2013-06-08
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~teranisi/

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光触媒及び水分解反応用電極並びに水素及び/又は酸素の製造方法2013

    • Inventor(s)
      寺西利治・吉永泰三・堂免一成・久富隆史・熊諳珂・秋山誠治
    • Industrial Property Rights Holder
      寺西利治・吉永泰三・堂免一成・久富隆史・熊諳珂・秋山誠治
    • Industrial Property Rights Type
      特許, 特願
    • Industrial Property Number
      2013-254405
    • Filing Date
      2013-12-09

URL: 

Published: 2015-06-25  

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