A study on the interface structure between photocatalyst and electrolyte using spectroscopic measurements and first-principles calculations

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14775
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Sato Masahiro 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40805769)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 第一原理計算 / マテリアルズインフォマティクス / AP-XPS / 光触媒 / 水素

Outline of Final Research Achievements

Photocatalytic water splitting takes place at the semiconductor/electrolyte interface. Although the reactions are strongly affected by the subtle changes in the interface structure, little is known about the interface from an atomistic point of view. In this study, we investigate the photocatalyst/water interface structure by combining first-principles calculation and ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy (AP-XPS). The combined theoretical and experimental approach provided an atomistic understanding of the interaction between the GaN surface and ambient species. We suggest that the firstprinciples approach can be used to predict in part the surface geometric and electronic structures under atmospheric conditions. Further, the relationship between the geometric and electronic structure of the interface is revealed.

Free Research Field

電気工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

第一原理計算とはその場しのぎのパラメータや現象論的な表式を用いない計算方法であることから、経験に頼ることがなく、材料物性を予測することができる。これまで光触媒材料に関しては動作環境を模擬した計算は行われておらず、光触媒を理論的に取り扱える範囲を拡げたものと考えられる。材料開発分野は我が国の得意分野の一つである。ところが近年はマテリアルズインフォマティクスなど実験への依存を減らした材料開発が国外でも精力的に進められている。そのような中、本研究は光触媒材料の計算機上の設計に役立ち、我が国の材料開発方法をより堅牢にしようとするものである。