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光電気化学的アプローチによる金属錯体‐半導体ハイブリッド光触媒の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16K21031
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
触媒・資源化学プロセス
研究機関東京工業大学

研究代表者

熊谷 啓  東京工業大学, 理学院, 特任助教 (80761311)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2017年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2016年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード光触媒 / 光電気化学 / 金属錯体-半導体ハイブリッド / 二酸化炭素還元 / 人工光合成 / 金属錯体 / 半導体
研究成果の概要

金属錯体と半導体から成るハイブリッド光触媒を還元側・酸化側に分けて電極化し、その活性や電気化学特性を解析することで、水を電子源としたCO2還元が駆動可能な系の開発指針となる知見を得た。p型半導体電極上に固定化された金属錯体のみが光励起する光カソードについて、高い活性を示す材料・修飾手法を開発した。これを酸化反応側の半導体光アノードとつなげる、あるいはこれらを単一電極上に複合化することで水を電子源としたCO2反応を実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

金属錯体-半導体ハイブリッド光触媒は、二種類の異なる光触媒材料が可視光を吸収することで、人工光合成型の二酸化炭素の資源化(還元)反応を効率的に進行させうる系である。本研究では、ハイブリッド光触媒を要素ごとに電極として分割して開発・解析することで、これまでに実現できていなかった光のエネルギーのみで二酸化炭素と水から持続的な二酸化炭素還元を進行させるハイブリッド光触媒系の設計指針を得て、それを実証した。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (36件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (29件) (うち国際学会 11件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] 1.金属錯体光触媒を用いた二酸化炭素還元と複合系への展開2019

    • 著者名/発表者名
      熊谷 啓、鎌田 龍太郎、石谷 治
    • 雑誌名

      電気化学

      巻: 87 号: Spring ページ: 3-7

    • DOI

      10.5796/denkikagaku.19-FE0002

    • NAID

      130007607697

    • ISSN
      2433-3255, 2433-3263
    • 年月日
      2019-03-05
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Photoelectrochemical CO2 Reduction Using a Ru(II)-Re(I) Supramolecular Photocatalyst Connected to a Vinyl Polymer on a NiO Electrode2019

    • 著者名/発表者名
      Kamata Ryutaro、Kumagai Hiromu、Yamazaki Yasuomi、Sahara Go、Ishitani Osamu
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 11 号: 6 ページ: 5632-5641

    • DOI

      10.1021/acsami.8b05495

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Highly Stable Solar Water Oxidation by Ta/N-Codoped Rutile TiO2 Anode for Photoelectrochemical Overall Water Splitting and CO2 Fixation2018

    • 著者名/発表者名
      Akinobu Nakada, Tomoki Uchiyama, Nozomi Kawakami, Shunta Nishioka, Ryutaro Kamata, Hiromu Kumagai, Osamu Ishitani, Yoshiharu Uchimoto, Kazuhiko Maeda
    • 雑誌名

      ChemPhotoChem

      巻: 3 号: 1 ページ: 37-45

    • DOI

      10.1002/cptc.201800157

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 金属錯体と半導体を複合化した光触媒および光電気化学セルによるCO<sub>2</sub>還元反応2017

    • 著者名/発表者名
      栗木 亮、熊谷 啓、前田 和彦、石谷 治
    • 雑誌名

      表面科学

      巻: 38 号: 6 ページ: 291-296

    • DOI

      10.1380/jsssj.38.291

    • NAID

      130007332013

    • ISSN
      0388-5321, 1881-4743
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hybrid photocathode consisting of CuGaO2 p-type semiconductor and a Ru(II)-Re(I) supramolecular photocatalyst: Non-biased visible-light-driven CO2 reduction with water oxidation2017

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kumagai, Go Sahara, Kazuhiko Maeda, Masanobu Higashi, Ryu Abe, Osamu Ishitani
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 印刷中 号: 6 ページ: 4242-4249

    • DOI

      10.1039/c7sc00940b

    • NAID

      120006329132

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Photoelectrochemical Reduction of CO2 Coupled to Water Oxidation Using a Photocathode With a Ru(II)-Re(I) Complex Photocatalyst and a CoOx/TaON Photoanode2016

    • 著者名/発表者名
      Go Sahara, Hiromu Kumagai, Kazuhiko Maeda, Nicolas Kaeffer, Vincent Artero, Masanobu Higashi, Ryu Abe and Osamu Ishitani
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 138 号: 42 ページ: 14152-14158

    • DOI

      10.1021/jacs.6b09212

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 半導体/金属錯体複合光電極による水を還元剤として用いたCO2資源化反応の高機能化2019

    • 著者名/発表者名
      鎌田龍太郎、熊谷啓、山崎康臣、岩瀬由香里、東正信、阿部竜、石谷治
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Ru(II)錯体ポリマー光触媒を修飾した新規分子光カソードによるCO2還元反応2019

    • 著者名/発表者名
      鎌田龍太郎、熊谷啓、山崎康臣、岩瀬由香里、東正信、阿部竜、石谷治
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 水を電子源とする可視光CO2還元に向けた金属錯体-半導体2段階励起型光電気化学系の構築2019

    • 著者名/発表者名
      熊谷啓、鎌田龍太郎、山崎康臣、東正信、阿部竜、石谷治
    • 学会等名
      第123回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Ru(II)-Re(I)超分子光触媒の半導体電極上への修飾法の開発と新規分子光カソードによるCO2還元反応2018

    • 著者名/発表者名
      鎌田龍太郎、熊谷啓、山崎康臣、石谷治
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Ru(II)-Re(I)錯体ポリマーを半導体電極に修飾したCO2還元用分子光カソードの開発2018

    • 著者名/発表者名
      熊谷啓、鎌田龍太郎、山崎康臣、石谷治
    • 学会等名
      第37回光がかかわる触媒化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Visible-light-driven CO2 reduction using a hybrid photoelectrochemical cell consisting of molecular and semiconductor photocatalysts2018

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kumagai, Masanobu Higashi, Ryu Abe, Osamu Ishitani
    • 学会等名
      2018年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Ru(II)-Ru’(II)超分子光触媒ポリマーにより構成された高耐久性CO2還元分子光カソード2018

    • 著者名/発表者名
      鎌田龍太郎、熊谷啓、山崎康臣、東正信、阿部竜、石谷治
    • 学会等名
      2018年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ポリマー状金属錯体光触媒を修飾した分子光カソードによるCO2還元2018

    • 著者名/発表者名
      熊谷啓、鎌田龍太郎、山崎康臣、石谷治
    • 学会等名
      第122回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Photoreduction of CO2 by Ru(II)-Re(I) Binuclear Complex in Hybrid Photoelectrochemical Systems2018

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kumagai, Osamu Ishitani
    • 学会等名
      43rd International Conference on Coordination Chemistry (ICCC2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of Molecular Photocathodes based on Metal Complex Photocatalyst and Their Application for Photoelectrochemical CO2 Reduction in Aqueous Electrolyte2018

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kumagai, Osamu Ishitani
    • 学会等名
      233rd ECS Meeting
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Photoelectrochemical CO2 reduction using a Ru(II)-Re(I) metal complex polymers on a NiO electrode2018

    • 著者名/発表者名
      Ryutaro Kamata, Hiromu Kumagai, Yasuomi Yamazaki, Osamu Ishitani
    • 学会等名
      43rd International Conference on Coordination Chemistry (ICCC2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of hybrid photocathodes with Ru(II)-Re(I) metal complex photocatalyst for photoelectrochemical CO2 reduction in aqueous solution2018

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kumagai, Osamu Ishitani
    • 学会等名
      The Eighth Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT8)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photoelectrochemical CO2 reduction using a molecular photocathode prepared by polymerization of Ru(II)-Re(I) metal complexes on the a NiO electrode2018

    • 著者名/発表者名
      Ryutaro Kamata, Hiromu Kumagai, Yasuomi Yamazaki, Osamu Ishitani
    • 学会等名
      The Eighth Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT8)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 分子光触媒-p型半導体双方が光励起するCO2還元用分子光カソードの構築2018

    • 著者名/発表者名
      熊谷啓, 石谷治
    • 学会等名
      第121回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Ru(II)-Re(I)金属錯体光触媒と p 型半導体からなる分子光カソードを用いた水溶液中での光電気化学的CO2還元2018

    • 著者名/発表者名
      熊谷啓, 石谷治
    • 学会等名
      電気化学会第85回大会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] Improvement in photoelectrochemical property of molecular photocathode for CO2 reduction by modification with noble metal nanoparticles2018

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kumagai, Osamu Ishitani
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 分子光触媒を用いたCO2還元用光カソードの界面構造設計2017

    • 著者名/発表者名
      熊谷 啓、佐原 豪、前田 和彦、石谷 治
    • 学会等名
      第119回触媒討論会
    • 発表場所
      東京都八王子市 首都大学東京
    • 年月日
      2017-03-21
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of a hybrid photoelectrochemical cell consisting of molecular and semiconductor photocatalysts for visible-light-driven CO2 reduction using water as a reductant2017

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kumagai, Go Sahara, Kazuhiko Maeda, Masanobu Higashi, Ryu Abe, Osamu Ishitani
    • 学会等名
      日本化学会第97春季年会
    • 発表場所
      神奈川県横浜市 慶應義塾大学
    • 年月日
      2017-03-16
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] VISIBLE-LIGHT-DRIVEN CO2 REDUCTION COUPLED TO WATER OXIDATION USING PHOTOCATHODE WITH MOLECULAR PHOTOCATALYST AND SEMICONDUCTOR PHOTOANODE2017

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kumagai, Go Sahara, Kazuhiko Maeda, Nicolas Kaeffer, Vincent Artero, Masanobu Higashi, Ryu Abe, Osamu Ishitani
    • 学会等名
      2017 International Conference on Artificial Photosynthesis
    • 発表場所
      Ritsumeikan University, Nakagyo-ku, Kyoto
    • 年月日
      2017-03-02
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of photocathode based on CuGaO2 with molecular photocatalyst for visible-light-driven CO2 reduction2017

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kumagai, Go Sahara, Kazuhiko Maeda, Osamu Ishitani
    • 学会等名
      Artificial Photosynthesis: Faraday Discussion
    • 発表場所
      Ritsumeikan University, Nakagyo-ku, Kyoto
    • 年月日
      2017-02-28
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] DEVELOPMENT OF MOLECULAR PHOTOCATHODES FOR CO2 REDUCTION USING WATER AS A SUSTANABLE REDUCTANT2017

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kumagai, Go Sahara, Kazuhiko Maeda, Nicolas Kaeffer, Vincent Artero, Masanobu Higashi, Ryu Abe, Osamu Ishitani
    • 学会等名
      1st Molecular Technology Workshop “Energy and electron transfers in molecular engineered materials”
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hybrid Photoelectrochemical Cells Consisting of Molecular and Semiconductor Photocatalysts for Visible-Light-Driven CO2 Reduction with Water Oxidation2017

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kumagai, Go Sahara, Kazuhiko Maeda, Nicolas Kaeffer, Vincent Artero, Masanobu Higashi, Ryu Abe, Osamu Ishitani
    • 学会等名
      2nd International Solar Fuels Conference
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 半導体電極に修飾したRu(II)‐Re(I)錯体ポリマーを用いた光電気化学的CO2還元反応2017

    • 著者名/発表者名
      鎌田龍太郎, 熊谷啓, 山崎康臣, 石谷治
    • 学会等名
      第67回錯体化学会討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 超分子光触媒を用いたCO2還元用光カソードへの貴金属ナノ粒子修飾2017

    • 著者名/発表者名
      熊谷啓, 石谷治
    • 学会等名
      第120回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 半導体または金属錯体光触媒をベースとした光ー物質変換反応用光カソードの開発2017

    • 著者名/発表者名
      熊谷啓
    • 学会等名
      2017年若手研究者育成シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] CO2還元反応に向けた超分子錯体光触媒励起型光カソードの開発と水を電子源とした二段階励起系への応用2016

    • 著者名/発表者名
      熊谷 啓、佐原 豪、前田 和彦、東 正信、阿部 竜、石谷 治
    • 学会等名
      第118回触媒討論会
    • 発表場所
      岩手県盛岡市 岩手大学
    • 年月日
      2016-09-21
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] PHOTOELECTROCHEMICAL CO2 REDUCTION USING Ru(II)-Re(I) SUPRAMOLECULAR PHOTOCATALYST IMMOBILIZED ON SEMICONDUCTOR ELECTRODES2016

    • 著者名/発表者名
      HIROMU KUMAGAI, GO SAHARA, KAZUHIKO MAEDA, OSAMU ISHITANI
    • 学会等名
      2nd UK-Japan Workshop on Solar Fuels and CO2 Conversion
    • 発表場所
      東京都千代田区 駐日英国大使館
    • 年月日
      2016-06-23
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 超分子錯体光触媒-CuGaO2半導体複合光カソードによる 光電気化学的CO2還元反応2016

    • 著者名/発表者名
      熊谷 啓、佐原 豪、前田 和彦、石谷 治
    • 学会等名
      第35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
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Development of photocathode with molecular photocatalyst for visible-light-driven CO2 reduction2016

    • 著者名/発表者名
      Hiromu Kumagai, Go Sahara, Kazuhiko Maeda, Nicolas Kaeffer, Vincent Artero, Masanobu Higashi, Ryu Abe, Osamu Ishitani
    • 学会等名
      Japan-France Artificial Photosynthesis Symposium
    • 発表場所
      Ogoto Onsen Komorebi, Otsu-shi, Shiga
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] Molecular Technology, Volume 1: Energy Innovation, Chepter 10: Molecular Design of Photocathode Materials for Hydrogen Evolution and Carbon Dioxide Reduction2018

    • 著者名/発表者名
      Christopher D. Windle, Soundarrajan Chandrasekaran, Hiromu Kumagai, Go Sahara, Keiji Nagai, Toshiyuki Abe, Murielle Chavarot‐Kerlidou, Osamu Ishitani, Vincent Artero
    • 総ページ数
      36
    • 出版者
      Wiley-VCH
    • ISBN
      9783527341634
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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