2020 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 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (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 / X線吸収分光 / 電荷分離 / 国際共同研究 |
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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、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はどうしてか?」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3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。微粒子光触媒と同様に、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Sr2+が同時置換することをX線吸収分光(XAFS) をもとに結論した論文を発表した。
（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。丸山（研究分担者）がウィーン工科大学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ったが渡航制限のため実施できなかった。
（3）顕微計測法による評価：La3+をドーピングしたNaTaO3光触媒微粒子とIn3+をドーピングしたSrTiO3光触媒微粒子中のLaおよびIn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）NaTaO3光触媒の光励起状態を電子スピン共鳴（ESR）を用いて計測評価して国内学会で成果発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
丸山伸吾（研究分担者）・一國伸之（研究分担者）・大西洋（研究代表者）がそれぞれウィーン工科大学・レンヌ大学・マックスプランク高分子研究所を訪問して共同研究を展開する予定であったが、COVID-19による渡航制限のために実施できなかったため。日本国内における共同研究は順調に進展し、当初計画になかったオランダとエジプトとの国際共同研究をオンライン実施することもできたが、日本の若手研究者を海外派遣して国際的な人脈を作らせるという研究種目の目標に照らして「遅れている」と判断せざるを得ない。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度に予定した代表者と分担者の海外派遣を渡航制限が解除され次第実施する。万一、2021年度内に渡航制限が解除されなかった場合には2022年度へ研究計画を繰り越すことも検討する。
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| Causes of Carryover |
丸山伸吾（研究分担者）・一國伸之（研究分担者）・大西洋（研究代表者）がそれぞれウィーン工科大学・レンヌ大学・真ックスプランク高分子研究所を訪問して共同研究を展開する予定であったが、COVID-19による渡航制限のために実施できなかったため。
2020年度に予定した代表者と分担者の海外派遣を渡航制限が解除され次第実施する。万一、2021年度内に渡航制限が解除されなかった場合には2022年度へ研究計画を繰り越すことも検討する。
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