Mechanism of photocatalytic reactions studied by operando mapping of photoinduced electric potential

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02681
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Toyota Physical and Chemical Research Institute
• Principal Investigator: Matsumoto Yoshiyasu 公益財団法人豊田理化学研究所, フェロー事業部門, フェロー (70181790)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 渡邊 一也 京都大学, 理学研究科, 教授 (30300718)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 光触媒 / 顕微分光 / 過渡吸収分光 / 光電気化学 / 原子間力顕微鏡

Outline of Final Research Achievements

In this study, bismuth vanadate is used as a typical photocatalyst for exploring the reaction mechanism of oxygen evolution out of water. The density of photoinduced holes and the rate of oxygen evolution reaction are simultaneously measured under the irradiation of long light pulses at 405 nm and the microkinetics of the reaction is analyzed. The photocatalytic reaction is essentially a heterogeneous reaction at the surface of photocatalysts with complicated morphologies. Thus, the improving spatial resolution to map the hole density and the surface photovoltage is attempted for a better microscopic understanding of the heterogeneous reaction.

Free Research Field

反応速度論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

太陽光照射による水分解は環境に負荷をかけない燃料である水素を得るための有効な手段と考えられている．最近の顕著な異常気象をみても明らかなように，化石燃料使用による炭素エミッションを極力抑制することが地球文明を持続的に継続・発展させるためには必要不可欠であり，かつその開発速度を画期的に上げていかねばならない．しかし，光触媒による反応はきわめて複雑なプロセスが重畳しており，有効な光触媒を開発する上でもその反応機構の詳細を明らかにすることがきわめて重要である．したがって，本研究の成果はこのような社会的な要求に応えるものの一環として意義がある．