2015 Fiscal Year Annual Research Report
固液界面での光励起キャリアダイナミクスに基づいた革新的水分解光触媒の開発
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23000009
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
堂免 一成 東京大学, 工学系研究科, 教授 (10155624)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
魚崎 浩平 物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス拠点, ナノグリーン分野コーディネータ (20133697)
山方 啓 豊田工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60321915)
酒多 喜久 山口大学, 大学院理工学研究科, 教授 (40211263)
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| Project Period (FY) |
2013 – 2015
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| Keywords | 表面界面物性 / 光触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、水を水素と酸素に分解することによりこれまでにない高い効率で太陽エネルギーを化学エネルギーに変換する人工光合成型の微粒子光触媒システムの開発を最終目的とする。そのために、光励起・励起キャリア移動・表面反応過程の精密解析を行うとともに、新規な構造を有する光エネルギー変換システムの構築を目指して研究を実施した。
平成27年度は波長600 nm程度までの光を吸収可能なLaMg1/3Ta2/302NやTa3N5、BaNb02N、La5Ti2CuS507等の可視光応答型水分解用光触媒を主たる対象として研究を実施した。フラックス法や錯体重合法等を用いた各種調製法や調製条件の検討を行い、組成の制御ともに、粒径や形態、結晶性の制御を図った。またキャリアダイナミクス評価やin-situ評価、光強度依存性等の評価も並行して実施し、励起キャリア寿命、自由電子数、トラップキャリア数などに関する知見を得て、光触媒開発にフィードバックを行った。これらの検討を通じて、平成27年度には二段階励起型の水分解系において従来の活性を大幅に上回る系を構築することができた。さらに紫外光応答型ではあるものの、組成制御によって波長360nmでの量子収率が30%を超える系を見出すことができ、この開発指針は可視光応答型光触媒への展開も期待できる。
研究期間全体を通しては、波長約600 nmまでの光を利用可能な光触媒系において、これまで未達成であった水の完全分解が進行する系を構築できたなど、個々の材料開発が進展するだけではなく、実際に水分解が進行する新規な系を構築することができた。さらに種々の評価も並行して実施することによって、さらなる開発指針につながる重要な知見を得ることができた。
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[Journal Article] Crystal Structure, Electronic Structure, and Photocatalytic Activity of Oxysulfides : La2Ta2ZrS208, La2Ta2TiS208, and La2Nb2TiS2082016
Author(s)
Y. Goto, J. Seo, K. Kumamoto, T. Hisatomi, Y. Mizuguchi, Y. Kamihara, M. Katayama, T. Minegishi, K. Domen
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Journal Title
Inorg. Chem
Volume: 55
Pages: 3674-3679
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Scalable water splitting on particulate photocatalyst sheets with a solar-to-hydrogen energy conversion efficiency exceeding 1%2016
Author(s)
Q. Wang, T. Hisatomi, Q. Jia, H. Tokudome, M. Zhong, C. Wang, Z. Pan, T. Takata, M. Nakabayashi, N. Shibata, Y. Li, I. D. Sharp, A. Kudo, T. Yamada, K. Domen
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Journal Title
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Band engineering of perovskite-type transition metal oxynitrides for photocatalytic overall water splitting2016
Author(s)
C. Pan, T. Takata, K. Kumamoto, S. S. K. Ma, K. Ueda, T. Minegishi, M. Nakabayashi, T. Matsumoto, N. Shibata, Y. Ikuhara, K. Domen
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Journal Title
J. Mater. Chem. A
Volume: 4
Pages: 4544-4552
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Photocatalytic property of metal ion added SrTiO_3 to Overall H_2O splitting2016
Author(s)
Yoshihisa Sakata, Yoshiko Miyoshi, Tatsuya Maeda, Kohki Ishikiriyama, Yuki Yamazaki, Hayao Imamura, Yeilin Ham, Takashi Hisatomi, Jun Kubota, Akira Yamakata, Kazunari Domen
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Journal Title
Applied Catalysis A : General
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] KC1 flux-induced growth of isometric crystals of cadmium-containing early transition-metal (Ti^<4+>, Nb^<5+>, and Ta^<5+>) oxides and nitridability to form their (oxy) nitride derivatives under an NH_3 atmosphere for water splitting application2016
Author(s)
Mirabbos Hojamberdiev, Hajime Wagata, Kunio Yubuta, Kenta Kawashima, Junie Jhon M. Vequizo, Akira Yamakata, Shuji Oishi, Kazunari Domen, Katsuya Teshima
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Journal Title
Applied Catalysis B : Environmental
Volume: 182
Pages: 626-635
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Photoanodic and photocathodic behaviour of La5Ti2CuS507 electrodes in the water splitting reaction2015
Author(s)
G. Ma, Y. Suzuki, R. B. Singh, A. Iwanaga, Y. Moriya, T. Minegishi, J. Liu, T. Hisatomi, H. Nishiyama, M. Katayama, K. Seki, A. Furube, T. Yamada, K. Domen
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Journal Title
Chem. Sci.
Volume: 6
Pages: 4513-4518
DOI
Peer Reviewed
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