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Science behind Restricted Electron-Hole Recombination in Metal-Doped NaTaO3 Photocatalysts

Research Project

Project/Area Number 18F18029
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Research Field Functional solid state chemistry
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

大西 洋  神戸大学, 理学研究科, 教授 (20213803)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) SUDRAJAT HANGGARA  神戸大学, 理学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords半導体光触媒 / 人工光合成 / 電荷分離 / カチオンドーピング / ペロブスカイト / 濃度傾斜 / 水分解反応 / 電子-正孔再結合 / 金属酸化物 / ドーピング / X線吸収分光 / 可視光応答
Outline of Annual Research Achievements

Sr2+カチオンをドーピングしたタンタル酸カリウム(KTaO3)光触媒、およびLa3+をドーピングしたタンタル酸ナトリウム(NaTaO3)光触媒を対象に選んで、単一金属元素のドーピングによる収率向上のしくみを解析した。どちらの光触媒においても、ドーピングした金属元素は光触媒微粒子(一辺100 nm程度の角の丸い立方体)全体に均一に分布するのではなく、微粒子の表面付近に集中的に濃く分布していた。高濃度層の厚さは3 nm程度である。赤外吸収分光で評価した光励起電子量と水の全分解反応速度は、これら金属元素のドーピングによって10倍程度向上した。光触媒を合成するときの加熱時間を長くすることによって、ドーピングした金属元素を意図的に均一分散させた光触媒は、ドーピングしない光触媒と大差のない光励起電子量と全分解反応速度しか示さなかった。これらの実験結果にもとづいて、ドーピングした金属元素の濃度傾斜(光触媒微粒子表面で濃く内部で薄い)が伝導帯下端のエネルギー傾斜を作り出すために、光励起された電子と正孔が空間分離されて光励起電子量が増大し、水分解反応が加速されるしくみを提案した。
本年度内に査読付き原著論文3報を公開し、さら複数の原著論文を2020年度中に上梓する予定であり質・量ともに十分な研究成果を上げることができた。さらに、Hanggara Sudrajat(外国人特別研究員)が共同研究活動をとおして日本国内に多くの知己を得たことを強調したい。研究期間満了とともに母国インドネシアに帰国したSudrajatはUniversitas JemberのDepartment of Chemical Engineeringに着任した。放射光実験など必要に応じて再来日することも含めて、本研究で築いた協力関係をさらに発展させて、日本とインドネシアの科学交流を牽引する人材となることを大いに期待できる。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (31 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (5 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results) Remarks (10 results)

  • [Int'l Joint Research] タンマサート大学(タイ)

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  • [Int'l Joint Research] カールスルーエ工科大学(ドイツ)

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  • [Journal Article] Visible light responsive La and Fe co-doped NaTaO3 photocatalysts: Local structure around dopants2020

    • Author(s)
      Sudrajat Hanggara、Ichikuni Nobuyuki、Onishi Hiroshi
    • Journal Title

      Chemical Physics

      Volume: 531 Pages: 110648-110648

    • DOI

      10.1016/j.chemphys.2019.110648

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Electron Population and Water Splitting Activity Controlled by Strontium Cations Doped in KTaO3 Photocatalysts2019

    • Author(s)
      Sudrajat Hanggara、Dhakal Dikshya、Kitta Mitsunori、Sasaki Takuro、Ozawa Akiyo、Babel Sandhya、Yoshida Tomoko、Ichikuni Nobuyuki、Onishi Hiroshi
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 123 Issue: 30 Pages: 18387-18397

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b03640

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Double Doping of NaTaO3 Photocatalysts with Lanthanum and Manganese for Strongly Enhanced Visible-Light Absorption2019

    • Author(s)
      Sudrajat Hanggara、Kitta Mitsunori、Ichikuni Nobuyuki、Onishi Hiroshi
    • Journal Title

      ACS Applied Energy Materials

      Volume: 2 Issue: 10 Pages: 7518-7526

    • DOI

      10.1021/acsaem.9b01504

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The atomic-scale structure of LaCrO3-NaTaO3 solid solution photocatalysts with enhanced electron population2019

    • Author(s)
      Sudrajat Hanggara、Zhou Yizhong、Sasaki Takuro、Ichikuni Nobuyuki、Onishi Hiroshi
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 21 Issue: 9 Pages: 5148-5157

    • DOI

      10.1039/c8cp07688j

    • NAID

      120006604669

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Sodium Tantalate Photocatalysts Doped with Metal Cations: Why Are They Active for Water Splitting?2019

    • Author(s)
      Onishi Hiroshi
    • Journal Title

      ChemSusChem

      Volume: 印刷中 Issue: 9 Pages: 1825-1834

    • DOI

      10.1002/cssc.201802935

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Water splitting activity of La-doped NaTaO3 photocatalysts sensitive to spatial distribution of dopants2020

    • Author(s)
      Hanggara Sudrajat, Mitsunori Kitta, Ryota Ito, Shota Nagai, Tomoko Yoshida, Ryuzi Katoh, Bunsho Ohtani, Nobuyuki Ichikuni, Hiroshi Onishi
    • Organizer
      Annual meeting of Chemical Society of Japan-Hokkaido Branch
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  • [Presentation] 金属ドープチタン酸ストロンチウム光触媒のXAFS解析2020

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      戴娜敏, Hanggara Sudrajat, 一國伸之, 大西洋
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      第125回触媒討論会
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  • [Presentation] LaとCrをダブルドープしたNaTaO3光触媒のXAFSによる構造解析2019

    • Author(s)
      一國伸之, Hanggara Sudrajat, 周以重, 佐々木拓朗, 大西洋
    • Organizer
      第22回XAFS討論会
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  • [Presentation] Three-Dimensional Analysis of Ca Dopant Atoms in a KTaO3(100) Wafer2019

    • Author(s)
      Tomoya Fujiwara, Akira Sasahara, Koji Kimura, Hanggara Sudrajat, Naohisa Happo, Kouichi Hayashi, Hiroshi Onishi
    • Organizer
      14th International Conference on the Structure of Non-Crystalline Materials (NMC-14)
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fluorescence Study of Sodium Tantalate Photocatalysts Doped with Lanthanoid Cations2019

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      Dianqi Song, Hanggara Sudrajat, Takashi Tachikawa, Hiroshi Onishi
    • Organizer
      International Workshop on Frontier of Science and Technology for Solar Energy Conversion
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electron population and hydrogen evolution rate controlled by concentration gradient of strontium cations doped in KTaO3 photocatalysts2019

    • Author(s)
      Hanggara Sudrajat, Dikshya Dhakal, Takuro Sasaki, Akiyo Ozawa, Sandhya Babel, Tomoko Yoshida, Nobuyuki Ichikuni, Hiroshi Onishi
    • Organizer
      Gordon Research Conference on Chemical Reactions at Surfaces, Instructive Surfaces: From Guiding Chemical Reactions to Controlling Protein Adhesion
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Enhancing the population of photoexcited electrons in NaTaO3 via codoping with lanthanum and manganese2019

    • Author(s)
      Hanggara Sudrajat, Takuro Sasaki, Nobuyuki Ichikuni, Hiroshi Onishi
    • Organizer
      第123回触媒討論会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属ドープタンタル酸カリウムの蛍光X線ホログラフィー解析2019

    • Author(s)
      笹原亮, 木村耕治, Sudrajat Hanggara, 八方直久, 林好一, 大西洋
    • Organizer
      第123回触媒討論会
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Unravelling Structural Properties of NaTaO3-LaCrO3 Solid Solution Photocatalysts2018

    • Author(s)
      Hanggara Sudrajat, Yizhong Zhou, Takuro Sasaki, Nobuyuki Ichikuni, Hiroshi Onishi
    • Organizer
      8th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT8)
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] LaとFeをドープしたNaTaO3光触媒のドープサイトに関する研究2018

    • Author(s)
      一國伸之, Hanggara Sudrajat, 佐々木拓朗, 大西洋
    • Organizer
      第21回XAFS討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Double Doping of NaTaO3 Photocatalyst with La and Fe for Visible Light Sensitization2018

    • Author(s)
      Hanggara Sudrajat, Takuro Sasaki, Nobuyuki Ichikuni, Hiroshi Onishi
    • Organizer
      第122回触媒討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 神戸大学理学研究科化学専攻 大西研究室

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 同上(英語版)

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-E.html

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 同上(インドネシア語版)

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-I.html

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 同上(タイ語版)

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-T.html

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 同上(中国語版)

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-C.html

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 神戸大学理学研究科化学専攻大西研究室

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] Onishi Laboratory, Kobe University

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-E.html

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] Onishi Laboratory, Kobe University(中国語ページ)

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-C.html

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] Onishi Laboratory, Kobe University(インドネシア語ページ)

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-I.html

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] Onishi Laboratory, Kobe University(ネパール語ページ)

    • URL

      http://www.edu.kobe-u.ac.jp/sci-onishi/index-N.html

    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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