2019 Fiscal Year Research-status Report
Artificial Photosynthesis by Sodium Tantalate Photocatalysts: Multinational Collaboration in Fundamental Science
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18KK0161
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
大西 洋 神戸大学, 理学研究科, 教授 (20213803)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
一國 伸之 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (40261937)
丸山 伸伍 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80732362)
橘田 晃宜 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, 主任研究員 (90586546)
長嶋 宏樹 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 特別研究員(PD) (60814027)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2022-03-31
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| Keywords | 人工光合成 / 半導体光触媒 / 金属ドーピング / 電子-正孔再結合 / ペロブスカイト構造 / ヘテロエピタキシャル成長 / X線吸収分光 / 電荷分離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「金属酸化物半導体にドーピングした金属イオンは結晶の完全性を損なう不純物であるにもかかわらず、どうして電子-正孔再結合を抑制して光触媒反応の量子効率を向上させるのか?」この問いに答える多国間協働チームを組織し、金属酸化物半導体の光励起・電子-正孔再結合・励起キャリア輸送・表面化学反応に関連する新しいサイエンスの発見を目的とする4年プロジェクトの2年次である。
(1)傾斜組成をもつ薄膜結晶の合成と解析：Sr2+濃度を傾斜させたNaTaO3薄膜をパルスレーザー蒸着法(PLD)を用いてLaAlO3結晶基板上にヘテロエピタキシャル成膜した。微粒子として合成した光触媒と同じく、Sr2+がペロブスカイト構造をもつホスト結晶のAサイトとBサイトを同時置換することをX線吸収分光（XAFS）をもとに結論した。
(2)界面選択的な振動分光による吸着種の化学分析：MgO単結晶にチタン酸ストロンチウム（SrTiO3）薄膜をPLD蒸着した。マックスプランク高分子研究所へ持参して液体水との界面に生じる化学種の振動スペクトルを和周波分光（SFG）で観測する計画である。
(3)顕微計測法による評価：Sr2+をドーピングしたKTaO3光触媒微粒子中のSr2+濃度分布を走査型透過電子顕微鏡(STEM)による元素マッピングで可視化した成果を論文発表した。
(4)ドーピング元素の拡張：La3+と遷移金属（Fe3+またはMn3+）を共ドーピングしたNaTaO3光触媒を合成し、X XAFS・赤外吸収分光・ラマン分光などで計測評価して論文発表した。
（5）長嶋宏樹（研究分担者）がMichael Wasielewski教授（Northwestern University）のもとに2019年4月から6ヶ月滞在し、半導体光励起ダイナミクスをパルスESRと赤外分光を用いて解析した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
丸山伸吾（研究分担者）が東北大学で自ら成膜したチタン酸ストロンチウム薄膜をマックスプランク高分子研究所（ドイツ）へ持参してEllen Backus博士らとともにSFG計測する予定であったが、新型コロナウィルスによる渡航制限のために延期せざるを得なかった。その他の研究項目はおおむね計画に沿って進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
日本とドイツのあいだの渡航制限が解除されるのを待って丸山伸吾をマックスプランク高分子研究所へ派遣して国際共同実験を実施する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウィルス感染症に伴う入国制限のために実施できなかったドイツでの共同実験を再開するために次年度使用する計画である。
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