2019 Fiscal Year Annual Research Report
Design of semiconductor photocatalysts and photocatalyst systems for highly efficient artificial photosynthesis
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19H02819
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
岩瀬 顕秀 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (40632451)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 人工光合成 / 水素製造 / 可視光 / 光触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，高効率かつ高選択な人工光合成を達成するための手法として，光触媒内での電子移動および表面での光触媒反応を能動的にコントロ ールできる「光触媒のバンド設計」および「新規反応場の設計」を軸とし，Zスキーム型光触媒による高効率かつ高選択な人工光合成を達成することを目的としている。当該年度では，高効率かつ高選択な人工光合成の達成を目指し，光生成した電荷の分離を促進するためのバンドアライメントを考慮したコンポジット型光触媒を創出を行った。具体的には，既存の金属硫化物光触媒に対して相対的に適切なバンド構造を有する半導体を物理的に担持したコンポジット型光触媒を開発した。コンポジット型光触媒は，可視光照射下における犠牲試薬を含む水溶液からの水素生成において，未修飾の金属硫化物光触媒よりも飛躍的に高い活性を示した。このように，コンポジット形成による光触媒の高活性化に成功した。これは，コンポジットの形成により，光生成した電荷の分離が促進されているためであると考えられる。また，コンポジット形成により，金属硫化物光触媒の空気中での酸化による劣化度合いの低減も示唆された。具体的には，通常の金属硫化物は酸化によりその性能が低下してしまうが，コンポジットではそのような性能の低下はほとんど見られなかった。このようなコンポジット形成による高活性化や耐久性の向上は，ホストとして用いる金属硫化物光触媒の種類により異なった。一方，光触媒表面での化学反応の制御におけるコンポジット形成による有効性は現時点では確認することはできなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当該年度の目標として，１．コンポジット形成による光触媒の高性能化，２．コンポジット形成による光触媒表面での化学反応の制御を設定していた。１に関しては，明確な達成が確認されたが，２に関しては研究を推進中である。以上の点から上記の判断に至った。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに，既存の金属硫化物光触媒に対して相対的に適切なバンド構造を有する半導体を物理的に担持することで，可視光照射下における犠牲試薬を含む水溶液からの水素生成に高い活性を示すコンポジット型光触媒を開発することに成功した。しかし，このコンポジット化により高性能化できる光触媒の種類および担持する半導体の組み合わせは限られている。今後は，この組み合わせの拡張を行う。また，効果のある組み合わせ，ない組み合わせについてどのような要因が関連するかについて調査を行う。
上記のことと平行して，すでに高活性化された光触媒をZスキーム系へと適用し，高効率な可視光水分解の達成を目指す。また，Zスキームとして機能した場合，二酸化炭素還元にも適用していく。この場合，Zスキームのみならず，犠牲試薬を用いた半反応についても調査する。
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