2022 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)
加藤 大地 京都大学, 工学研究科, 助教 (40906921)
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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、京都大学の阿部グループでは、引き続き層状酸ハロゲン化物の新規開発や高性能化に取り組み、特にこれまで開発してきたBi4NbO8Clにおけるその特異構造に起因する異方的な光キャリア移動特性を明らかにするともに、新規助触媒担持法による選択的な光キャリア補足法を実証することにより、光キャリア制御に基づくさらなる水分解高効率化の戦略を打ち立てるに至った。
大阪大学の佐伯グループでは、Bi4NbO8ClやSrBi3O4Cl3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、PbやBib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。
また京都大学の加藤グループでは、主にBi12O17Cl2の結晶構造の解明とトポケミカルフッ化反応に取り組んだ。Bi12O17Cl2は光触媒として盛んに研究されていたものの、その結晶構造は1980年代の発見から長らく不明であった。粉末回折や電子顕微鏡観察から本結晶構造を明らかにするとともに、トポケミカルフッ化反応によって構造歪を抑制することで光伝導度および光触媒活性の向上を達成した。
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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
新規材料開発に関しては概ね順調に進展しており、キャリアダイナミクス解析に基づく高性能化指針の確立についても、独創性の高い成果を創出していると考えられる。今後はこれら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、既存材料の開発の延長線には無い、革新的な材料の開発が望まれる。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続きキャリアダイナミクス解析に基づく、新規高性能光触媒材料の創出とともに、既存材料の高活性化に取り組む。特に今後はこれまで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、既存材料の開発の延長線には無い、革新的な材料の開発が望まれる。
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[Journal Article] An Expanded 2D Fused Aromatic Network with 90‐Ring Hexagons2022
Author(s)
Riao Alberto、Strutyski Karol、Liu Meng、Stoppiello Craig T.、Lerma‐Berlanga Bel?n、Saeki Akinori、Mart?‐Gastaldo Carlos、Khlobystov Andrei N.、Valenti Giovanni、Paolucci Francesco、Melle‐Franco Manuel、Mateo‐Alonso Aurelio
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Journal Title
Angewandte Chemie International Edition
Volume: 61
Pages: e202113657
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] A Crystalline 1D Dynamic Covalent Polymer2022
Author(s)
De Bol?s Elisabet、Mart?nez-Abad?a Marta、Hern?ndez-Culebras F?lix、Haymaker Alison、Swain Kyle、Struty?ski Karol、Weare Benjamin L.、Castells-Gil Javier、Padial Natalia M.、Mart?-Gastaldo Carlos、Khlobystov Andrei N.、Saeki Akinori、Melle-Franco Manuel、Nannenga Brent L.、Mateo-Alonso Aurelio
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Journal Title
Journal of the American Chemical Society
Volume: 144
Pages: 15443～15450
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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