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高効率な光触媒設計へ向けたモデル光触媒の研究

研究課題

研究課題/領域番号 14J08398
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 薄膜・表面界面物性
研究機関東京大学

研究代表者

川崎 聖治  東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2015年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2014年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード光触媒 / ナノ構造 / 光電極 / モデル光触媒 / 固液界面 / 親水性 / 助触媒
研究実績の概要

光触媒は、エネルギー・環境分野への応用が期待されている触媒材料であるが、更なる利用に向けて、より一層の光触媒活性の向上が求められている。本研究では、原子レベルで設計したモデル光触媒を作製し、詳細な分析により得たデータを基に、高効率な光触媒創製のための設計指針を提案することを目的とした。
昨年度に引き続き、「A.水/光触媒界面で起こる光誘起超親水性のメカニズムの解明」と「B.貴金属ナノピラーを酸化物光触媒に埋め込むという新規な助触媒担持手法による光触媒の高効率化」の2点を重点的に光触媒の物性評価および高効率化を試み、それぞれについて以下に挙げる成果を得た。
A.原子レベルで平坦な構造を持つTi酸化物単結晶について、表面構造の安定性や水との相互作用を親水性の評価やAFMによる構造観察、理論計算との比較によって詳細に調べた結果、清浄なTi酸化物表面は本来超親水性を示すということを結論付けた。即ち、光誘起超親水性の本質は、大気暴露により表面に付着した有機物が光触媒反応により分解することで、固体表面の親水性が変化することにあるという確証を得た。
B.相分離を薄膜堆積過程に利用することで、貴金属がナノピラーの形状で酸化物薄膜内部に挿入された新規なナノ構造を自己組織的に作製できることを見出し、様々な貴金属元素のナノピラーを含む試料を作製した。光触媒とショットキー接合を形成する貴金属ナノピラーを導入することで、非常に高い光電変換効率を示す試料を作製することに成功した。
モデル光触媒の研究を通して、光触媒で見られる光誘起超親水性のメカニズムを明らかにできた。加えて、金属助触媒をナノサイズのピラー形状として酸化物光触媒内部に埋め込んだ新規なナノ構造を作製できることを見出し、光触媒高効率化への新手法を提案できた。これらの成果は、当初の計画以上の成果である。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Electronic Structure and Photoelectrochemical Properties of an Ir-Doped SrTiO3 Photocatalyst2014

    • 著者名/発表者名
      Seiji Kawasaki, Ryota Takahashi, Kazuto Akagi, Jun Yoshinobu, Fumio Komori, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Katsuya Iwashina, Akihiko Kudo, Mikk Lippmaa
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 118 号: 35 ページ: 20222-20228

    • DOI

      10.1021/jp5062573

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Photoelectrochemical Water Splitting Enhanced by Implantation of Metal Nanopillars in a SrTiO3 Photoelectrode2015

    • 著者名/発表者名
      Seiji Kawasaki, Ryota Takahashi, Takahisa Yamamoto, Jun Yoshinobu, Fumio Komori, Akihiko Kudo, and Mikk Lippmaa
    • 学会等名
      Materials Research Society Fall Meeting
    • 発表場所
      ボストン(米国)
    • 年月日
      2015-11-29
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoelectrochemical Water Splitting Enhanced by Metal Nanopillars in Metal-doped SrTiO32015

    • 著者名/発表者名
      Seiji Kawasaki and Mikk Lippmaa
    • 学会等名
      EMN meeting on Photocatalysis
    • 発表場所
      ラスベガス(米国)
    • 年月日
      2015-11-21
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spontaneous Epitaxial Metal Nanopillar Formation in SrTiO3 Thin Films for Enhanced Photoelectrochemical Water Splitting2015

    • 著者名/発表者名
      Seiji Kawasaki, Ryota Takahashi, Takahisa Yamamoto, Jun Yoshinobu, Fumio Komori, Akihiko Kudo, and Mikk Lippmaa
    • 学会等名
      STAC-9
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2015-10-19
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 酸化物単結晶の表面における親水性2015

    • 著者名/発表者名
      川崎聖治, 高橋竜太, 大西洋, リップマーミック
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 酸化物薄膜内部の金属ナノピラーの自発的形成2015

    • 著者名/発表者名
      川崎聖治, 高橋竜太, 山本剛久, 吉信淳, 小森文夫, 工藤昭彦, リップマーミック
    • 学会等名
      第76回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] SrTiO3 photoelectrodes with embedded metal nanopillars for solar water splitting2015

    • 著者名/発表者名
      Seiji Kawasaki, Ryota Takahashi, Takahisa Yamamoto, Jun Yoshinobu, Fumio Komori, Akihiko Kudo, and Mikk Lippmaa
    • 学会等名
      First International Symposium on Recent Progress of Energy and Environmental Photocatalysis (Photocatalysis1)
    • 発表場所
      東京理科大学(千葉県野田市)
    • 年月日
      2015-09-03
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 金属ナノピラーを利用した水分解光電極特性の増強効果』2015

    • 著者名/発表者名
      川崎聖治
    • 学会等名
      触媒学会若手会「夏の研修会」
    • 発表場所
      ホテルニュー伊香保(群馬県渋川市)
    • 年月日
      2015-08-05
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] 金属ナノピラーを利用した光電気化学特性の高効率化2015

    • 著者名/発表者名
      川崎聖治, 高橋竜太, 山本剛久, 吉信淳, 小森文夫, 工藤昭彦, リップマーミック
    • 学会等名
      機能物性融合科学研究会「反応と輸送」
    • 発表場所
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • 年月日
      2015-06-24
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Dopant Sites in Noble Metal Doped Photocatalysts2015

    • 著者名/発表者名
      Seiji Kawasaki, Kazuto Akagi, Koichi Hayashi, Naohisa Happo, Shinya Hosokawa, Hiroshi Daimon, Yoshihisa Harada, Ryota Takahashi, Iwao Matsuda, Fumio Komori, Jun Yoshinobu, Akihiko Kudo, and Mikk Lippmaa
    • 学会等名
      588. WE-Heraeus Seminar
    • 発表場所
      ケルン(ドイツ)
    • 年月日
      2015-04-26
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 光触媒SrTiO3上の水和構造観察2014

    • 著者名/発表者名
      川崎聖治,水光俊介,高橋竜太,大西洋,リップマーミック
    • 学会等名
      機能物性融合科学研究会
    • 発表場所
      東京大学物性研究所(千葉県柏市)
    • 年月日
      2014-12-04
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] 遷移金属ドープSrTiO3の電子状態と光触媒活性2014

    • 著者名/発表者名
      川崎聖治,赤木和人,松田巌,小森文夫,吉信淳,原田慈久,工藤昭彦,リップマーミック
    • 学会等名
      第一回「3D活性サイト科学」公開ワークショップ
    • 発表場所
      CIVI研修センター新大阪東(大阪府大阪市)
    • 年月日
      2014-11-21 – 2014-11-22
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Pt-cocatalyst Effect on the Hydration Structure of SrTiO3 Photocatalyst Surface Analyzed by FM-AFM2014

    • 著者名/発表者名
      Seiji Kawasaki, Shunsuke Suiko, Ryota Takahashi, Hiroshi Onishi, Peter Spijker, Adam Foster, Mikk Lippmaa
    • 学会等名
      Photocatalysts for energy (PHOTO4E)
    • 発表場所
      リヨン(フランス)
    • 年月日
      2014-10-15 – 2014-10-17
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] Photo-induced Hydration Structure Change Observed on a SrTiO3(100) Photocatalyst Surface Using FM-AFM2014

    • 著者名/発表者名
      Seiji Kawasaki, Shunsuke Suiko, Ryota Takahashi, Hiroshi Onishi, Mikk Lippmaa
    • 学会等名
      nc-AFM 2014
    • 発表場所
      つくば国際会議場(茨城県つくば市)
    • 年月日
      2014-08-04 – 2014-08-08
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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