2020 Fiscal Year Annual Research Report

Design of semiconductor photocatalysts and photocatalyst systems for highly efficient artificial photosynthesis

Research Project

Project/Area Number	19H02819
Research Institution	Meiji University
Principal Investigator	岩瀬顕秀明治大学, 理工学部, 専任准教授 (40632451)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2023-03-31
Keywords	人工光合成 / 水素製造 / 可視光 / 光触媒 / バンド設計 / 助触媒
Outline of Annual Research Achievements	本研究では，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，光触媒のバンド設計としては，貴金属ドーピングにより可視光水分解に活性を示す新規光触媒の開発に成功した。特に，伝導帯のエネルギー準位とドーピング順位のエネルギー関係に着目し，バンド設計を行った。現在はホスト材料として単一の物質にのみ着目しているが，固溶体形成によりホストのバンドを制御することによっても，さらなるバンド設計が可能となると考えられる。新規反応場の設計としては，従来の助触媒担持法とは異なる新しい助触媒担持法を開発した。新しい方法で助触媒を担持した光触媒は，いくつかの光触媒反応において，従来の方法で助触媒を担持した光触媒よりも高い活性を示した。今回開発した担持法は，様々な金属へと適用することが可能であり，またホストとなる光触媒の種類も幅広い選択が可能となる。また，助触媒として担持する金属を増やすことも容易であり，役割の異なる助触媒を複数種担持することで，相乗効果を期待できる。また，前年度より継続して行っているバンドアライメントを考慮したコンポジット型光触媒の創出についても，いくつかのコンポジット形成による光触媒の高活性化に成功した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究実績の概要で述べたように，目標としている「光触媒のバンド設計」および「新規反応場の設計」のそれぞれにおいて，新規光触媒の開発および助触媒担持法の開発という明確な前進が見られている。以上の点から上記の判断に至った。
Strategy for Future Research Activity	今年度開発した新規可視光応答性光触媒を軸に，固溶体形成などを行い，さらにバンド制御した光触媒の開発を行う。これにより，還元・酸化力の制御および利用できる光の波長の制御が期待できる。また，新しく開発した助触媒担持法を様々な光触媒および光触媒反応に適用し，汎用性，有用性を確かめる。現状，予想に反し単一光触媒を用いた可視光水分解を達成できているが，計画通りにZスキームへの展開も視野に入れた光触媒材料の設計も行う。取り組みが遅れている，開発した光触媒の二酸化炭素還元への適用を加速させる。