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金属硫化物を用いたZスキーム型光触媒による水からの水素製造および二酸化炭素資源化

Research Project

Project/Area Number 18J22528
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Energy-related chemistry
Research InstitutionTokyo University of Science
Research Fellow 吉野 隼矢  東京理科大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
Project Period (FY) 2018-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords光触媒 / 水分解 / 二酸化炭素還元 / Zスキーム系 / 金属硫化物 / 可視光 / フラックス合成 / 固溶化 / 塩添加 / 長波長応答化
Outline of Annual Research Achievements

(CuGaS2)-(ZnS)をフラックス法により調製し,数百nm-数μmの範囲で,ある程度サイズを制御したサンプルを得た.数百nmの金属硫化物微粒子は,RGO-CoOx/BiVO4を酸素生成光触媒に用いたZスキーム型光触媒系のみならず,ドロップキャスト法により作成する金属硫化物光カソードを用いた光電気化学系の高性能化にも有効であることを見いだした.フラックス法で合成した本金属硫化物微粒子を用いて光電気化学的二酸化炭素還元を行ったところ,水素と一酸化炭素の混合ガスがカソードセルから得られた.そして,本光カソードは,従来のCuGaS2を元とする金属硫化物光カソードよりも安定に駆動することがわかった.
SrTiO3:RhおよびBiVO4を懸濁させて可視光二酸化炭素還元も行なった.その結果,水分解の水素と酸素の生成に加えて二酸化炭素還元生成物である一酸化炭素が得られた.そして,AuおよびAgをSrTiO3:Rhへ担持すると一酸化炭素生成活性が向上した.本Zスキーム型二酸化炭素還元に対するpH依存性を確認したところ,pH4付近においてZスキーム型二酸化炭素還元が進行し,中性および強酸性条件ではほとんど反応が進行しなかった.反応後の粒子懸濁状態を光学顕微鏡で観察すると,pH4付近ではSrTiO3:RhとBiVO4が凝集していたのに対し,中性および強酸性では凝集がみられなかった.そのため,粒子の凝集がZスキーム型二酸化炭素還元の進行に重要であることがわかった.また,SrTiO3:Rhを光カソードに用いた光電気化学的可視光二酸化炭素還元も進行した.さらにSrをCaで置換した光カソードを用いることで,CO生成選択率が向上することがわかった.

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(23 results)

All 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 6 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Z-Schematic CO2 Reduction to CO through Interparticle Electron Transfer between SrTiO3:Rh of a Reducing Photocatalyst and BiVO4 of a Water Oxidation Photocatalyst under Visible Light2020

    • Author(s)
      Yoshino Shunya、Sato Ko、Yamaguchi Yuichi、Iwase Akihide、Kudo Akihiko
    • Journal Title

      ACS Applied Energy Materials

      Volume: 3 Pages: 10001-10007

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c01684

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 粉末半導体光触媒および光電極系による水を電子源としたCO2還元2020

    • Author(s)
      吉野隼矢、工藤昭彦
    • Journal Title

      エネルギー・資源

      Volume: 41 Pages: 43-48

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Journal Article] Z-schematic Solar Water Splitting Using Fine Particles of H2-evolving (CuGa)0.5ZnS2 Photocatalyst Prepared by a Flux Method with Chloride Salts2020

    • Author(s)
      Yoshino Shunya、Iwase Akihide、Ng Yun Hau、Amal Rose、Kudo Akihiko
    • Journal Title

      ACS Applied Energy Materials

      Volume: - Pages: 5684-5692

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c00661

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Solar Water Splitting under Neutral Conditions Using Z‐Scheme Systems with Mo‐Doped BiVO4 as an O2‐Evolving Photocatalyst2019

    • Author(s)
      Iwase Akihide、Udagawa Yuhei、Yoshino Shunya、Ng Yun Hau、Amal Rose、Kudo Akihiko
    • Journal Title

      Energy Technology

      Volume: 7 Pages: 1900358-1900358

    • DOI

      10.1002/ente.201900358

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] 粉末半導体光触媒を用いる人工光合成型二酸化炭素還元2019

    • Author(s)
      吉野隼矢,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Journal Title

      Denki Kagaku

      Volume: 87 Issue: Spring Pages: 8-13

    • DOI

      10.5796/denkikagaku.19-fe0003

      10.5796/denkikagaku.19-FE0003

    • NAID

      130007607547

    • ISSN
      2433-3255, 2433-3263
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Z-scheme photocatalyst systems employing Rh- and Ir-doped metal oxide materials for water splitting under visible light irradiation2019

    • Author(s)
      A. Kudo, S. Yoshino, T. Tsuchiya, Y. Udagawa, Y. Takahashi, M. Yamaguchi, I. Ogasawara, H. Matsumoto, A. Iwase
    • Journal Title

      Faraday Discussions

      Volume: - Pages: 313-328

    • DOI

      10.1039/c8fd00209f

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Z-Schematic and visible-light-driven CO2 reduction using H2O as an electron donor by a particulate mixture of a Ru-complex/(CuGa)1-xZn2xS2 hybrid catalyst, BiVO4 and an electron mediator2018

    • Author(s)
      Suzuki Tomiko M.、Yoshino Shunya、Takayama Tomoaki、Iwase Akihide、Kudo Akihiko、Morikawa Takeshi
    • Journal Title

      Chem. Commun.

      Volume: 54 Pages: 10199-10202

    • DOI

      10.1039/c8cc05505j

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 金属硫化物還元用光触媒およびBiVO4酸素生成光触媒を用いた水を電子源とする可視光二酸化炭素還元2020

    • Author(s)
      吉野隼矢、山口友一、岩瀬顕秀、工藤昭彦
    • Organizer
      第39回光がかかわる触媒化学シンポジウム
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] SrTiO3:Rh光触媒をフォトカソードに用いた光電気化学的可視光二酸化炭素還元2020

    • Author(s)
      吉野隼矢、山口友一、工藤昭彦
    • Organizer
      第126回触媒討論会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Z-schematic water splitting and CO2 reduction using water as an electron donor over metal sulfides and RGO-(CoOx/BiVO4) under visible light irradiation2020

    • Author(s)
      S. Yoshino, Y. Yamaguchi, A. Iwase, A. Kudo
    • Organizer
      日本化学会第100春季年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] フラックス法により合成した(CuGa)0.5ZnS2およびRGO-(CoOx/BiVO4)を用いた可視光照射下におけるZスキーム型CO2還元2020

    • Author(s)
      吉野隼矢,山口友一,岩瀬顕秀,鈴木登美子,森川健志,工藤昭彦
    • Organizer
      第125回触媒討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] SrTiO3:Rhを還元用光触媒に用いた人工光合成型Zスキームシステムによる二酸化炭素還元2019

    • Author(s)
      吉野隼矢,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第38回光がかかわる触媒化学シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Z-Scheme Photocatalyst Employing Metal Sulfide and BiVO4 Photocatalysts for Water Splitting under Visible Light2019

    • Author(s)
      S. Yoshino, A. Iwase, A. Kudo
    • Organizer
      The 29th International Conference on Photochemistry (ICP 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 助触媒を担持したSrTiO3:Rhを還元用光触媒に用いた二酸化炭素還元2019

    • Author(s)
      吉野隼矢,山口友一,工藤昭彦
    • Organizer
      第124回触媒討論会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Z-Schematic Water Splitting and CO2 Reduction under Visible Light Irradiation using (CuGa)0.5ZnS2 Prepared by a Flux Method2019

    • Author(s)
      S. Yoshino, Y. Yamaguchi, A. Iwase, A. Kudo
    • Organizer
      3rd International Solar Fuels Conference (ISF-3) / International Conference on Artificial Photosynthesis-2019 (ICARP2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Z-schematic Water Splitting using Metal Sulfide Prepared by a Flux Method and RGO-CoOx/BiVO4 under Visible Light Irradiation2019

    • Author(s)
      S. Yoshino, Y. Yamauchi, A. Iwase, A. Kudo
    • Organizer
      The 3rd International Symposium on Recent Progress of Energy and Environmental Photocatalysis (Photocatalysis 3)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フラックス法による金属硫化物光触媒微粒子の合成およびZスキーム型可視光水分解への展開2018

    • Author(s)
      吉野隼矢,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第37回光がかかわる触媒化学シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Solar H2 evolution with a Z-scheme photocatalyst using a black powdered metal sulfide2018

    • Author(s)
      Shunya Yoshino, Akihide, Iwase, Akihiko Kudo
    • Organizer
      The 22nd International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy (IPS-22)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Water splitting and CO2 reduction using Z-scheme system with various metal sulfides as a reducing photocatalyst responding visible light up to 600 nm2018

    • Author(s)
      Shunya Yoshino, Akihide, Iwase, Akihiko Kudo
    • Organizer
      The 8th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT8)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フラックス法により高性能化した金属硫化物光触媒を用いたZスキーム型可視光水分解2018

    • Author(s)
      吉野隼矢,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第122回触媒討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 塩化物アルカリフラックス中で合成した金属硫化物を水素生成光触媒に用いたZスキーム型ソーラー水分解2018

    • Author(s)
      吉野隼矢,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] フラックス法により合成した金属硫化物微粒子を光カソードに用いた光電気化学的水分解2018

    • Author(s)
      吉野隼矢,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第123回触媒討論会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Remarks] 工藤研究室ホームページ

    • URL

      https://www.rs.kagu.tus.ac.jp/kudolab/

    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2021-12-27  

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