Water Oxidation on Semiconductor Photocatalysts: How Completed under Dilute Photon Flux

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H00915
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 36:Inorganic materials chemistry, energy-related chemistry, and related fields
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: ONISHI HIROSHI 神戸大学, 理学研究科, 教授 (20213803)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小堀 康博 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 教授 (00282038) ; 高橋 康史 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 特任教授 (90624841)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 反応速度論 / オペランド計測 / 電子励起状態 / ペロブスカイト構造 / 多電子反応 / マイクロ電極 / 赤外吸収分光 / エックス線吸収分光

Outline of Final Research Achievements

Researchers in Japan have developed semiconductor photocatalysts highly efficient for the overall water splitting reaction to produce H2 and O2. Why are they active? This is the fundamental question that drives this three-year research project. We developed two methods for characterization of photocatalysts working under water. Time-resolved detection of O2 released into water was achieved with platinum microelectrode. Infrared light absorption of photocatalyst particles irradiated with ultraviolet light for excitation was monitored on a diamond prism. The developed methods were successfully applied to NaTaO3 and SrTiO3 photocatalysts.

Free Research Field

界面分子科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

水を電子源として用いる（すなわち水を酸化して酸素をつくる）ことができなければ人工光合成は実用技術となりえない。人工光合成で水を還元して水素燃料を調達する、あるいは二酸化炭素を還元して炭素源として再利用する、いずれの場合も還元反応と当量の酸化反応が必要であり酸化反応に利用できる資源は水しかない。幸いなことに、紫外光照射によって高収率で水から酸素をつくる半導体光触媒を日本の研究者たちが次々に開発してきた。それらの光触媒はどうやって水から酸素をつくっているのか？　この問いの答えることによって光触媒開発の学術的基盤を構築することが本研究の意義である。