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2021 Fiscal Year Annual Research Report

金属酸化物ナノシートと第一遷移金属酸化物ナノ粒子からなる可視光水分解光触媒

Research Project

Project/Area Number 19H02511
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

前田 和彦  東京工業大学, 理学院, 准教授 (40549234)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords人工光合成 / 光触媒 / 光増感剤 / ナノシート / 過渡吸収分光
Outline of Annual Research Achievements

膨大な太陽光エネルギーと地球上に豊富な水から水素を作り出すことができれば、再生可能なクリーンエネルギー製造の観点から社会に大きなインパクトを与えると期待できる。そのような太陽光水素製造技術のひとつとして、強い可視光吸収能を有する金属錯体と安定な金属酸化物半導体粉末を組み合わせたハイブリッド型光触媒による、水からの水素生成反応が注目されている。
本研究では、フラックス法により高結晶性の HCa2Nb3O10ナノシートを作製し、これを色素増感型光触媒の水素生成構成要素として用いた。増感色素として[Ru(dmb)2(4,4'-(PO3H2)2bpy)]2+(RuP2+と表記)をPt担持HCa2Nb3O10ナノシートに吸着させて水素生成光触媒反応を行った結果、フラックス法により作製したものでは、電子源として NaI、EDTAどちらを用いた場合でも、従来の合成法である固相法と比較して高活性となった。また、酸素生成用のWO3系光触媒と組み合わせたZスキーム水分解反応では、固相法の3-5倍の活性となることがわかった。過渡吸収分光測定の結果から、フラックス試料ではRuP2+から注入された電子が欠陥にトラップされづらく、Ptへ効率的に移動することが示唆された。すなわち、フラックス法により作製した高結晶性のナノシートがPtへの効率的な電子移動を可能とし、活性向上に寄与したと考えられる。この成果はACS Applied Energy Materials誌に発表した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (13 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 8 results)

  • [Int'l Joint Research] ペンシルベニア大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ペンシルベニア大学
  • [Journal Article] An Improved Z-Scheme for Overall Water Splitting Using Dye-Sensitized Calcium Niobate Nanosheets Synthesized by a Flux Method2021

    • Author(s)
      Hojo Koya、Nishioka Shunta、Miseki Yugo、Kamakura Yoshinobu、Oshima Takayoshi、Sayama Kazuhiro、Mallouk Thomas E.、Maeda Kazuhiko
    • Journal Title

      ACS Applied Energy Materials

      Volume: 4 Pages: 10145~10152

    • DOI

      10.1021/acsaem.1c02050

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] In situ formation of a molecular cobalt(III)/AgCl photocatalyst for visible-light water oxidation2021

    • Author(s)
      Mogi Hiroto、Okazaki Megumi、Nishioka Shunta、Maeda Kazuhiko
    • Journal Title

      Sustainable Energy & Fuels

      Volume: 5 Pages: 5694~5698

    • DOI

      10.1039/D1SE01075A

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 準安定相酸窒化物の光触媒作用2022

    • Author(s)
      前田和彦
    • Organizer
      日本化学会 第102春季年会
    • Invited
  • [Presentation] Making Artificial Photosynthetic Assemblies Using Layered Materials2022

    • Author(s)
      Kazuhiko Maeda
    • Organizer
      NPS-2022
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 水分解用色素増感型酸化物ナノシート光触媒への表面修飾の効果2022

    • Author(s)
      北条航矢、西岡駿太、三石雄悟、鎌倉吉伸、大島崇義、佐山和弘、Thomas E. Mallouk、前田和彦
    • Organizer
      第129回触媒討論会
  • [Presentation] ナノ材料と色素を活用した水分解光触媒系の構築2021

    • Author(s)
      前田和彦
    • Organizer
      160回微小光学研究会
    • Invited
  • [Presentation] Layered materials and their nanosheets for solar fuel production2021

    • Author(s)
      Kazuhiko Maeda
    • Organizer
      The 11th THERMEC'2020 International Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Dye-Sensitized Oxide Nanosheets for Visible-Light Water Splitting2021

    • Author(s)
      Kazuhiko Maeda
    • Organizer
      The 239th ECS Meeting
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Metal oxide nanosheets as building blocks for photo-induced water splitting systems2021

    • Author(s)
      Kazuhiko Maeda
    • Organizer
      International solar fuels conference 2021
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Visible-light water splitting and CO2 fixation using metal complex/semiconductor hybrid materials2021

    • Author(s)
      Kazuhiko Maeda
    • Organizer
      The 11th Asian Photochemistry Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Artificial Z-scheme constructed from metal oxide nanosheets and dye molecules for overall water splitting2021

    • Author(s)
      Kazuhiko Maeda
    • Organizer
      The 1st International Conference on Energy Materials
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 色素増感型酸化物ナノシート光触媒の合成法検討と可視光による水分解2021

    • Author(s)
      北条航矢、西岡駿太、三石雄悟、鎌倉吉伸、大島崇義、佐山和弘、Thomas E. Mallouk、前田和彦
    • Organizer
      第128回触媒討論会

URL: 

Published: 2022-12-28  

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