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太陽光水素製造用貴金属フリー助触媒の設計および合成

研究課題

研究課題/領域番号 16F16049
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 無機工業材料
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

葉 金花  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, MANA主任研究者 (90230630)

研究分担者 CHANG KUN  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2016年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードTMDCs / Two-dimensional / Monolayer / Photocatalysis / Co-catalyst / Hydrogen evolution / Non-precious metal / Direct exfoliation
研究実績の概要

Our project aimed to develop new routes for synthesis of two-dimensional transition metal dichalcogenides (TMDCs) for the application of solar-driven water splitting. As we indicated in the research plan, there are three main critical issues inhibiting the development of monolayer TMDCs during HER: 1) the low-yield production for monolayer TMDCs; 2) the inert basal plane of TMDCs; 3) harsh condition of preparing 1T metallic phased TMDCs. During the last year, we realized the large-scale synthesis of monolayer MoS2 and WS2 nanosheets, including the phase transformation. In this year, we mainly focused on the modification of inert basal plane and the size effect of TMDCs.

Through the defect sites control and elemental substitution on the basal plane, we reactivated the inert basal plane of MoS2 and significantly broadened its usability. By control of the calcination temperature, we synthesized the crystallinity-dependent monolayer MoS2 which showed the different catalytic hydrogen activity. By combination of crystallinity control and cobalt substitution on the basal plane, we optimized the catalytic hydrogen activity, and realized a quantum efficiency as high as 80.2% under visible light irradiation at 420 nm. In addition, through the size control, we successfully synthesized the ultrasmall amorphous MoSx nanodots with only ~2 nm as the co-catalyst over TiO2. Due to the sharp edge effect, the ultrasmall amorphous MoSx nanodots possess numerous active sites for HER, and therefore significantly enhanced the activity for catalytic hydrogen evolution.

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (14件)

すべて 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 6件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 7件、 招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Ultra-Small Freestanding Amorphous Molybdenum Sulfide Colloidal Nanodots for Highly Efficient Photocatalytic Hydrogen Evolution Reaction2018

    • 著者名/発表者名
      Kun Chang, Hong Pang, Xiao Hai, Guixia Zhao, Huabin Zhang, Li Shi, Fumihiko Ichihara, Jinhua Ye*
    • 雑誌名

      Applied Catalysis B: Environmental

      巻: 232 ページ: 446-453

    • DOI

      10.1016/j.apcatb.2018.03.087

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Synergetic Exfoliation and Lateral Size Engineering of MoS2 for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Generation2018

    • 著者名/発表者名
      Yin Lisha、Hai Xiao、Chang Kun、Ichihara Fumihiko、Ye Jinhua
    • 雑誌名

      Small

      巻: 14 号: 14 ページ: 1704153-1704153

    • DOI

      10.1002/smll.201704153

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Engineering Crystallinity of MoS2 Monolayers for Highly Efficient Solar Hydrogen Production2017

    • 著者名/発表者名
      Xiao Hai, Wei Zhou, Kun Chang, Hong Pang, Huimin Liu, Li Shi, Fumihiko Ichihara, Jinhua Ye
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 印刷中 号: 18 ページ: 8591-8598

    • DOI

      10.1039/c7ta00953d

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書 2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Rational design of freestanding MoS2 monolayers for hydrogen evolution reaction2017

    • 著者名/発表者名
      Xiao Hai, Wei Zhou, Shengyao Wang, Hong Pang, Kun Chang*, Fumihiko Ichihara, Jinhua Ye*
    • 雑誌名

      Nano Energy

      巻: 39 ページ: 409-417

    • DOI

      10.1016/j.nanoen.2017.07.021

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Targeted Synthesis of 2H‐and 1T‐Phase MoS2 Monolayers for Catalytic Hydrogen Evolution2016

    • 著者名/発表者名
      Kun Chang, Xiao Hai, Hong Pang, Huabin Zhang, Li Shi, Guigao Liu, Huimin Liu, Guixia Zhao, Mu Li, Jinhua Ye
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 28 号: 45 ページ: 10033-10041

    • DOI

      10.1002/adma.201603765

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Engineering the edges of MoS2 (WS2) crystals for direct exfoliation into monolayers in polar micromolecular solvents2016

    • 著者名/発表者名
      Xiao Hai, Kun Chang, Hong Pang, Mu Li, Peng Li, Huimin Liu, Li Shi, Jinhua Ye
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 138 号: 45 ページ: 14962-14969

    • DOI

      10.1021/jacs.6b08096

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Targeted Synthesis of Two-Dimensional Transition Metal Disulfide Monolayers for Efficient Solar Hydrogen Production2017

    • 著者名/発表者名
      Jinhua Ye
    • 学会等名
      C-MRS
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Design and Construction of Nano-structured Photocatalytic Materials for Solar Fuel Production2017

    • 著者名/発表者名
      Jinhua Ye, Lequan Liu
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Nanoscience and Technology
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rational Design and Engineering of Active Sites for Efficient Photocatalysis2017

    • 著者名/発表者名
      Jinhua Ye
    • 学会等名
      Photocatalysis 2 & SIEMME'23
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Rational Design and Engineering of Active Sites for Efficient Solar Fuel Production2017

    • 著者名/発表者名
      Jinhua Ye
    • 学会等名
      International Symposium on Nanostructured Materials for Energy Conversion
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] New Function of Nanometals in Solar-to-Chemical Energy Conversion2016

    • 著者名/発表者名
      Jinhua Ye
    • 学会等名
      2016 International Forum on Advanced Materials
    • 発表場所
      Nanjing, China
    • 年月日
      2016-09-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Size-dependent MoS2 nanosheets as co-catalysts over CdS in solar hydrogen2016

    • 著者名/発表者名
      Kun Chang, Xiao Hai, Jinhua Ye
    • 学会等名
      The 21-st International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy
    • 発表場所
      St. Petersburg, Russia
    • 年月日
      2016-07-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Design and Construction of Nanomaterials System for Solar Fuel Production2016

    • 著者名/発表者名
      Jinhua Ye
    • 学会等名
      2nd International Conference on Nanoenergy and Nanosystems 2016
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 年月日
      2016-07-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Targeted Synthesis of 2H- and 1T-Phase MoS2 Monolayers for the Application of Photocatalytic Hydrogen Evolution2016

    • 著者名/発表者名
      Kun Chang, Xiao Hai, Hong Pang, Huabin Zhang, Mu Li, Jinhua Ye
    • 学会等名
      光機能材料研究会第23回シンポジウム
    • 発表場所
      東京理科大学
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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