Nitrogen fixation using plasmonic photoelectrochemical catalayst

• Project/Area Number: 25888002
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Energy-related chemistry
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: OSHIKIRI Tomoya 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (60704567)
• Project Period (FY): 2013-08-30 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2013: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: アンモニア / 局在表面プラズモン共鳴 / 光触媒 / 人工光合成 / チタン酸ストロンチウム / 局在表面プラズモン

Outline of Final Research Achievements

Our objective is photoelectrochemical synthesis of ammonia via nitrogen fixation using photoelectrode with localized plasmon resonance.
We successfully fabricated an ammonia synthetic system using strontium titanate bearing gold nanoparticles as a light harvesting antenna and ruthenium as a co-catalyst under visible light irradiation.
In addition, reaction activity and selectivity were increased significantly by using other transition metal instead of ruthenium. It is supposed that the improvement is derived from adsorption energy of adatoms.

Research Products

• [Journal Article] Plasmon-induced Artificial Photosynthesis (2015)
  • Author(s): K. Ueno, T. Oshikiri, Y. Zhong, X. Shi, and H. Misawa
  • Journal Title: Interface Focus Volume: 5 Issue: 3 Pages: 20140082-20140082
  • DOI: 10.1098/rsfs.2014.0082
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Plasmon-induced Ammonia Synthesis through Nitrogen Photofixation with Visible Light Irradiation (2014)
  • Author(s): T. Oshikiri, K. Ueno, H. Misawa
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 53 Issue: 37 Pages: 9802-9805
  • DOI: 10.1002/anie.201404748
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] プラズモン誘起アンモニア合成に対する 遷移金属の助触媒効果 (2015)
  • Author(s): 押切 友也、上野 貢生、三澤 弘明
  • Organizer: 日本化学会第95春季年会
  • Place of Presentation: 日本大学（千葉県船橋市）
  • Year and Date: 2015-03-25 – 2015-03-29
• [Presentation] Ammonia synthesis via plasmon-induced photoelectrochemical reaction using strontium titanate bearing gold-nanoparticles (2014)
  • Author(s): Tomoya Oshikiri, Kosei Ueno,Hiroaki Misawa
  • Organizer: The 15th Ries-Hokudai International Symposium 響
  • Place of Presentation: CHATERAISE Gateaux Kingdom SAPPORO(北海道札幌市)
  • Year and Date: 2014-12-16 – 2014-12-17
• [Presentation] プラズモン誘起アンモニア光合成：可視光の水素キャリアへの変換 (2014)
  • Author(s): 押切 友也、上野 貢生、三澤 弘明
  • Organizer: 第24回 日本MRS年次大会
  • Place of Presentation: 横浜市開港記念会館（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-12-10 – 2014-12-12
• [Presentation] 局在表面プラズモン誘起電荷分離を利用した光-化学エネルギー変換 (2014)
  • Author(s): 押切 友也、上野 貢生、三澤 弘明
  • Organizer: 第2回アライアンス若手研究交流会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2014-11-26 – 2014-11-27
• [Presentation] Plasmon-induced nitrogen fixation using gold nanoparticle loaded strontium titanate under visible light irradiation (2014)
  • Author(s): Tomoya Oshikiri, Kosei Ueno,Hiroaki Misawa
  • Organizer: The 8th Asian Photochemistry Conference (APC2014)
  • Place of Presentation: Rajiv Gandhi Convention Centre (Thiruvananthapuram, India)
  • Year and Date: 2014-11-10 – 2014-11-13
• [Presentation] 可視光に応答する局在表面プラズモン誘起アンモニア合成デバイスの作製 (2014)
  • Author(s): 押切 友也、上野 貢生、三澤 弘明
  • Organizer: 2014年光化学討論会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-10-11 – 2014-10-13
• [Presentation] プラズモンを利用した可視光による人工光合成系の構築 (2014)
  • Author(s): 押切 友也、上野 貢生、三澤 弘明
  • Organizer: 人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換：実用化に向けての異分野融合 第3回合同班会議
  • Place of Presentation: リゾートホテルラフォーレ那須（ 栃木県那須町）
  • Year and Date: 2014-08-20 – 2014-08-22
• [Presentation] PLASMON-INDUCED AMMONIA SYNTHESIS WITH VISIBLE LIGHT IRRADIATION (2014)
  • Author(s): Tomoya Oshikiri, Kosei Ueno,Hiroaki Misawa
  • Organizer: XXVth IUPAC SYMPOSIUM ON PHOTOCHEMISTRY
  • Place of Presentation: Bordeaux Convention Center (Bordeaux, France)
  • Year and Date: 2014-07-13 – 2014-07-18
• [Presentation] 可視光照射によるプラズモン誘起アンモニア合成 (2014)
  • Author(s): 押切 友也、上野 貢生、三澤 弘明
  • Organizer: 日本化学会第94春季年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
• [Presentation] 金ナノ構造／チタン酸ストロンチウム／ルテニウム触媒を用いたアンモニアの光電気化学的合成 (2013)
  • Author(s): 押切 友也、上野 貢生、三澤 弘明
  • Organizer: 2013年光化学討論会
  • Place of Presentation: 愛媛大学（愛媛県松山市）
• [Book] アンモニアを用いた水素エネルギーシステム、分担執筆 (2015)
  • Author(s): 押切友也，上野貢生，三澤弘明
  • Total Pages: 10
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Remarks] 北海道大学電子科学研究所三澤弘明研究室ホームページ
  • URL: http://misawa.es.hokudai.ac.jp/
• [Patent(Industrial Property Rights)] アンモニア発生装置及びアンモニア発生方法 (2014)
  • Inventor(s): 三澤 弘明、押切 友也、上野 貢生
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人北海道大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2014-021110
  • Filing Date: 2014-02-06