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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Development of NIR light responsible photoelectrodes for water splitting

Research Project

Project/Area Number 15K17895
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

嶺岸 耕  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40512992)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Keywords水素 / 太陽光 / 光触媒 / 光電気化学 / エネルギー変換 / カルコパイライト / カルコゲナイド / 表面修飾
Outline of Annual Research Achievements

本研究「近赤外光応答水分解光電極の開発」においては赤外光に対する光応答を有する光触媒材料からなる電極を用いた水分解反応を検討している。前年度はCu0.98In1.21Ga0.05Se2という組成の薄膜を調製し、さらに表面修飾を検討した結果、1200 nmと赤外域の長波長の光に応答し、かつオンセット電位が0.7 V vs. RHEと比較的高いものを得ることに成功した。今年度は近赤外光に対する応答性を保ちつつ、かつ効率的に太陽光を水分解反応に利用可能な光触媒電極の開発に取り組んだ。新規材料開発に注力した結果、(ZnSe)0.85(CuIn0.7Ga0.3Se2)0.15という組成の材料が900 nmと近赤外域に吸収端を有し、かつ、オンセット電位がおよそ0.9 V vs. RHEと優れた光触媒電極となることを見いだした。(ZnSe)0.85(CuIn0.7Ga0.3Se2)0.15は吸収端を約450 nmに有するZnSeと、吸収端を約1100 nmに持つCuIn0.7Ga0.3Se2の混晶であるが、組成比が上記の値となったときに、1)水分解に非常に適した電子構造、2)近赤外域の吸収端波長、3)光カソード特性、を兼ね備え、結果的に上述したような特性が得られている。さらに、本電極のポテンシャルを確認する事を目的として疑似太陽光照射下での水の全文解反応を検討した。(ZnSe)0.85(CuIn0.7Ga0.3Se2)0.15からなる水素生成光触媒電極とBiVO4からなる酸素生成光触媒電極と組み合わせることにより、太陽エネルギー変換効率にして0.91%で水分解反応を進行する事が確認された。
以上のように今年度は効率的に水からの水素生成反応を進行する新規な近赤外光応答光触媒電極の開発のみならず、紫外・可視光から近赤外光にまで至る、太陽光の幅広い波長領域利用した水分解反応系の構築にも成功した。

  • Research Products

    (8 results)

All 2017 2016

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 4 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Enhancement of Charge Separation and Hydrogen Evolution on Particulate La5Ti2CuS5O7 Photocathodes by Surface Modification2017

    • Author(s)
      Liu J, Hisatomi T, Murthy DH, Zhong M, Nakabayashi M, Higashi T, Suzuki Y, Matsuzaki H, Seki K, Furube A, Shibata N, Katayama M, Minegishi T, Domen K
    • Journal Title

      The journal of physical chemistry letters

      Volume: 8 Pages: 375-379

    • DOI

      DOI: 10.1021/acs.jpclett.6b02735

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Photoelectrochemical hydrogen evolution from water on a surface modified CdTe thin film electrode under simulated sunlight2017

    • Author(s)
      Jin Su, Tsutomu Minegishi, Masao Katayama, Kazunari Domen
    • Journal Title

      J. Mater. Chem. A

      Volume: 5 Pages: 4486-4492

    • DOI

      DOI: 10.1039/c6ta10490h

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Enhanced Hydrogen Evolution under Simulated Sunlight from Neutral Electrolytes on (ZnSe)0.85 (CuIn0.7 Ga0.3 Se2 )0.15 Photocathodes Prepared by a Bilayer Method2016

    • Author(s)
      Kaneko H, Minegishi T, Nakabayashi M, Shibata N, Domen K
    • Journal Title

      Angewandte Chemie (International ed. in English)

      Volume: 55 Pages: 15329-15333

    • DOI

      DOI: 10.1002/anie.201609202

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Photoelectrochemical conversion of toluene and water to the promising hydrogen carrier of concentrated methylcyclohexane using SrTiO3 photoanodes2016

    • Author(s)
      Kageshima Y, Minegishi T, Hisatomi T, Takata T, Kubota J, Domen K
    • Journal Title

      ChemSusChem

      Volume: 10 Pages: 659-663

    • DOI

      DOI: 10.1002/cssc.201601758

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] A Novel Photocathode Material for Sunlight-Driven Overall Water Splitting: Solid Solution of ZnSe and Cu(In,Ga)Se22016

    • Author(s)
      Hiroyuki Kaneko, Tsutomu Minegishi, Mamiko Nakabayashi, Naoya Shibata,Yongbo Kuang, Taro Yamada, and Kazunari Domen
    • Journal Title

      Adv. Funct. Mater.

      Volume: 26 Pages: 4570-4577

    • DOI

      DOI: 10.1002/adfm.201600615

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Photocatalytic Materials for Solar Hydrogen Production from Water2016

    • Author(s)
      Tsutomu Minegishi
    • Organizer
      International Symposium on Dynamic Process of Chemical Reaction and Catalysis on Surfaces
    • Place of Presentation
      Xiamen, China
    • Year and Date
      2016-12-22 – 2016-12-24
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Photoelectrodes for sunlight driven fuel production2016

    • Author(s)
      Tsutomu Minegishi
    • Organizer
      The 6th Sino-Japan Young Chemists Forum
    • Place of Presentation
      Dalian, China
    • Year and Date
      2016-06-30 – 2016-07-02
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Solar Hydrogen Production from Water on Chalcogenide Photocathodes2016

    • Author(s)
      Tsutomu Minegishi, Kazunari Domen
    • Organizer
      13th International Conference on the Chemistry of Selenium and Tellurium
    • Place of Presentation
      岐阜, 長良川国際会議場
    • Year and Date
      2016-05-23 – 2016-05-27
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2018-01-16  

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