近赤外光応答水分解光電極の開発

• 研究課題/領域番号: 15K17895
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: エネルギー関連化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 嶺岸 耕 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40512992)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 水素 / 太陽光 / 人工光合成 / カルコゲナイド / 光電気化学 / 光カソード / カルコパイライト / 近赤外光応答 / 光触媒 / エネルギー変換 / 表面修飾 / 水分解 / エネルギーキャリア / 薄膜

研究成果の概要

本研究「近赤外光応答水分解光電極の開発」においてはバンドギャップが小さく、近赤外光に対する光応答を有する半導体光電極を用いた水分解反応を検討した。
CuInSe2光カソードは1200 nmと近赤外域の光に応答し、かつオンセット電位が0.7 V vs. RHEという特性を示した。CuInSe2の禁制帯幅を考慮すると特筆すべき特性で、光電気化学反応のポテンシャルを示す事ができた。
また、ZnSeとCu(In,Ga)Se2の固溶体が約900 nmとやはり近赤外域に吸収端を有し、かつ適切な表面修飾を施す事により0.9 V vs. RHEと高オンセット電位を示す、優れた材料であることを明らかにした。

研究成果

• [国際共同研究] UNIST/POSTECH(韓国)
• [雑誌論文] Enhancement of charge separation and hydrogen evolution on particulate La5Ti2CuS5O7 photocathodes by surface modification (2017)
  • 著者名/発表者名: Jingyuan Liu, Takashi Hisatomi, Dharmapura H. K. Murthy, Miao Zhonga, Mamiko Nakabayashi, Tomohiro Higashia, Yohichi Suzuki, Hiroyuki Matsuzaki, Kazuhiko Seki, Akihiro Furube, Naoya Shibata, Masao Katayama, Tsutomu Minegishi, Kazunari Domen
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 8 号: 2 ページ: 375-379
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.6b02735
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoelectrochemical hydrogen evolution from water on a surface modified CdTe thin film electrode under simulated sunlight (2017)
  • 著者名/発表者名: Jin Su, Tsutomu Minegishi, Masao Katayama, Kazunari Domen
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. A 巻: 5 号: 9 ページ: 4486-4492
  • DOI: 10.1039/c6ta10490h
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of Concentrated Methylcyclohexane as Hydrogen Carrier through Photoelectrochemical Conversion of Toluene and Water (2017)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Kageshima, Tsutomu Minegishi, Takashi Hisatomi, Tsuyoshi Takata, Jun Kubota, and Kazunari Domen
  • 雑誌名: ChemSusChem 巻: 10 号: 4 ページ: 659-663
  • DOI: 10.1002/cssc.201601758
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced Hydrogen Evolution under Simulated Sunlight from Neutral Electrolytes on (ZnSe)0.85 (CuIn0.7 Ga0.3 Se2 )0.15 Photocathodes Prepared by a Bilayer Method (2016)
  • 著者名/発表者名: Kaneko H, Minegishi T, Nakabayashi M, Shibata N, Domen K
  • 雑誌名: Angewandte Chemie (International ed. in English) 巻: 55 号: 49 ページ: 15329-15333
  • DOI: 10.1002/anie.201609202
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Novel Photocathode Material for Sunlight-Driven Overall Water Splitting: Solid Solution of ZnSe and Cu(In,Ga)Se2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Kaneko, Tsutomu Minegishi, Mamiko Nakabayashi, Naoya Shibata,Yongbo Kuang, Taro Yamada, and Kazunari Domen
  • 雑誌名: Adv. Funct. Mater. 巻: 26 号: 25 ページ: 4570-4577
  • DOI: 10.1002/adfm.201600615
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structure, Electronic Structure, and Photocatalytic Activity of Oxysulfides: La2Ta2ZrS2O8, La2Ta2TiS2O8, and La2Nb2TiS2O8 (2016)
  • 著者名/発表者名: Goto, Yosuke; Seo, Jeongsuk; Kumamoto, Kazunori; Hisatomi, Takashi; Mizuguchi, Yoshikazu; Kamihara, Yoichi
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 55 号: 7 ページ: 3674-3679
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b00247
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A SrTiO3 photoanode prepared by the particle transfer method for oxygen evolution from water with high quantum efficiencies (2016)
  • 著者名/発表者名: Ham, Y.; Minegishi, T.; Hisatomi, T.; Domen, K.
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 52 号: 28 ページ: 5011-5014
  • DOI: 10.1039/c6cc00497k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overall Photoelectrochemical Water Splitting using Tandem Cell under Simulated Sunlight (2016)
  • 著者名/発表者名: Kim, J.; Kaneko, H.; Minegishi, T.; Kubota, J.; Domen, k.; Lee, J.
  • 雑誌名: Chemsuschem 巻: 9 号: 1 ページ: 61-66
  • DOI: 10.1002/cssc.201501401
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Effect of particle size of La5Ti2CuS5O7 on photoelectrochemical properties in solar hydrogen evolution (2016)
  • 著者名/発表者名: Liu, J.; Hisatomi, T.; Katayama, M.;Minegishi, T.; Kubota, J.; Domen, K.
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry A 巻: 4 号: 13 ページ: 4848-4854
  • DOI: 10.1039/c5ta10731h
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Mg-Zr Cosubstituted Ta3N5 Photoanode for Lower-Onset-Potential Solar-Driven Photoelectrochemical Water Splitting (2015)
  • 著者名/発表者名: Seo, Jeongsuk; Takata, Tsuyoshi; Nakabayashi, Mamiko; Hisatomi, Takashi; Shibata, Naoya; Minegishi, Tsutomu; Domen, Kazunari
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 137 号: 40 ページ: 12780-12783
  • DOI: 10.1021/jacs.5b08329
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chalcopyrite Thin Film Materials for Photoelectrochemical (2015)
  • 著者名/発表者名: Kaneko, H.; Minegishi, T.; Domen, K.
  • 雑誌名: coatings 巻: 5 号: 3 ページ: 293-311
  • DOI: 10.3390/coatings5030293
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Photocatalytic Materials for Solar Hydrogen Production from Water (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Minegishi
  • 学会等名: International Symposium on Dynamic Process of Chemical Reaction and Catalysis on Surfaces
  • 発表場所: Xiamen, China
  • 年月日: 2016-12-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Photoelectrodes for sunlight driven fuel production (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Minegishi
  • 学会等名: The 6th Sino-Japan Young Chemists Forum
  • 発表場所: Dalian, China
  • 年月日: 2016-06-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Solar Hydrogen Production from Water on Chalcogenide Photocathodes (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsutomu Minegishi, Kazunari Domen
  • 学会等名: 13th International Conference on the Chemistry of Selenium and Tellurium
  • 発表場所: 岐阜, 長良川国際会議場
  • 年月日: 2016-05-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ZnSe-CIGS薄膜光カソードの光電気化学特性への調製条件の効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 兼古寛之・嶺岸耕・堂免一成
  • 学会等名: 日本化学会 第96春季年会
  • 発表場所: 京都府京田辺市同志社大学
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] La5Ti2Cu1-xAgxS5O7固溶体粉末の合成と可視光照射下における光電気化学的水分解反応への応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 久富隆史、岡村晋太郎、劉セイ媛、篠原雄貴、植田紘一郎、東智弘、片山正士、嶺岸耕、堂免一成
  • 学会等名: 第117回触媒討論会
  • 発表場所: 大阪府堺市大阪府立大学
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] Hydrogen Evolution from Water using Cu(In,Ga)Se2 Photocathodes Modified With Nanometer-thick Conductor Layers (2015)
  • 著者名/発表者名: Minegishi, T.; Kumagai, H.; Domen, K.
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
  • 発表場所: ホノルル（アメリカ）
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Photoelectrochemical properties BaTaO2N/BaTiO3/Ti photoanode (2015)
  • 著者名/発表者名: Su, J.;Minegishi, T.; Domen, K.
  • 学会等名: 第116回触媒討論会
  • 発表場所: 三重県津市三重大学
  • 年月日: 2015-09-21
• [学会発表] 吸収端を1240 nmにもつCuInSe2薄膜光カソードによる水からの水素発生 (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉﨑 匠・嶺岸 耕・兼古 寛之・堂免 一成
  • 学会等名: 第34回光がかかわる触媒化学シンポジウム
  • 発表場所: 東京都目黒区東京工業大学
  • 年月日: 2015-06-19
• [学会発表] Photoelectrochemical Water Reduction Using CuInSe2 Electrodes with Absorption Edge of 1240 nm (2015)
  • 著者名/発表者名: Sugisaki, S.; Minegishi, T.; Domen, K.
  • 学会等名: The 7th Seminar of A3 Foresight Program
  • 発表場所: 大連（中国）
  • 年月日: 2015-05-31
  • 国際学会