2021 Fiscal Year Annual Research Report
Development of highly efficient photocatalyst for water splitting by a high-speed search method
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20H00398
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
阿部 竜 京都大学, 工学研究科, 教授 (60356376)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐伯 昭紀 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (10362625)
陰山 洋 京都大学, 工学研究科, 教授 (40302640)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 光触媒 / 太陽光 / 水素製造 / キャリアダイナミクス解析 / 層状酸ハロゲン化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、太陽光を用いたクリーンな水素製造技術として期待される「半導体光触媒を用いた水分解」の飛躍的な高効率化を実現しうる新奇半導体材料の発掘を目的とし、我々が最近見出した高活性層状酸ハロゲン化物光触媒を基点として、理論計算と時間分解マイクロ波伝導度キャリアダイナミクス解析を主軸とする「高速光触媒探索メソッド」を開発することを目的としている。
今年度、京都大学では阿部グループと陰山グループを中心に、これまで新たに見出してきた層状酸ハロゲン化物において、その光励起キャリアの移動制御や分離促進手法の確立に取り組み、その層状構造のアスペクト比と内部電場に由来する電荷分離および表面反応の促進、さらには層状構造のスタッキングパターンに非対称性を導入することによる電荷分離促進などを、大阪大学の佐伯グループとの共同研究等による光キャリアダイナミクス解析に基づいて実証し、さらなる水分解高効率化の戦略を打ち立てるに至った。さらに、可視光水分解に適したバンド構造を有する新規層状酸ハロゲン化物を複数見出し、特に従来の塩化物に代わり、ヨウ化物をペロブスカイト層を制御しながら設計することで、吸収波長を長波長化できるのみならず、光キャリアの寿命を延ばせることを見出した。
大阪大学の佐伯グループでは、層構造Bi-M-O-Cl光触媒中の電荷ダイナミクスや、担持触媒によるキャリアトラップ現象を時間分解マイクロ波伝導度(TRMC)法で評価した。また、BiやSb系の光電変換材料の光電気特性、特に結晶軸の電荷キャリア移動度異方性を評価し、光電気機能との関係を明らかにした。さらに高分子系の光機能材料の開発においてマテリアルズ・インフォマティクスなどの導入を進めた。
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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
当該年度は特にキャリアダイナミクス制御の戦略を複数見出すに至っており、おおむね順調と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はこれまで開発した新規材料のキャリアダイナミクス解析とデータの蓄積に基づいて、さらなる高性能光触媒材料の開発を進める。
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[Journal Article] Manipulation of charge carrier flow in Bi4NbO8Cl nanoplate photocatalyst with metal loading2021
Author(s)
Ogawa, K.; Sakamoto, R.; Zhong, C.; Suzuki, H.; Kato, K.; Tomita, O.; Nakashima, K.; Yamakata, A.; Tachikawa, T.; Saeki, A.; Kageyama, H.; Abe, R.
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Journal Title
Chem. Sci.
Volume: 13
Pages: 3118-3128
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] PbBi3O4X3 (X=Cl, Br) with Single/Double Halogen Layers as a Photocatalyst for Visible-light-driven Water Splitting: Impact of Halogen Layer on Band Structure and Stability2021
Author(s)
Suzuki, H.; Higashi, M.; Tomita, O.; Ishii, Y.; Yamamoto, T.; Kato, D.; Kotani, T.; Ozaki, D.; Nozawa, S.; Nakashima, K.; Fujita, K.; Saeki, A.; Kageyama, H.; Abe, R.
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Journal Title
Chem. Mater.
Volume: 33
Pages: 9580-9587
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Mixed lead?tin perovskite films with >7 ms charge carrier lifetimes realized by maltol post-treatment2021
Author(s)
S. Hu, M. A. Truong, K. Otsuka, T. Handa, T. Yamada, R. Nishikubo, Y. Iwasaki, A. Saeki, R. Murdey, Y. Kanemitsu, A. Wakamiya
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Journal Title
Chem. Sci.
Volume: 12
Pages: 13513-13519
DOI
Peer Reviewed
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