太陽光による水素製造のための水分解光触媒の高活性化

• 研究課題/領域番号: 17H03126
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機工業材料
• 研究機関: 山梨大学
• 研究代表者: 入江 寛 山梨大学, 大学院総合研究部, 教授 (70334349)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2020年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2017年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: 光触媒 / 水素 / 水分解 / 赤色光 / 太陽光 / 複合材料・物性 / ナノ材料 / 再生可能エネルギー

研究成果の概要

次世代のエネルギー資源として注目されている水素を、恒久的に地球上に降り注ぐクリーンな太陽光エネルギーを利用して水（試薬を必要としない純水）を光触媒により完全分解して水素を製造すべく検討を行った。光触媒材料として、可視光のほぼ全域を利用できる全固体二段階励起型の銀接合もしくは金接合ロジウム酸亜鉛／バナジン酸ビスマスを用い、助触媒の選択担持により水分解の活性向上を検討した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究を通じて、太陽光というクリーンな自然エネルギーを用いて、試薬など必要のない水を完全分解し、クリーンエネルギーである水素を、実用化を視野に入れた高い効率で獲得きるようになった。また、この成果は二酸化炭素の固定化によるエネルギー獲得にも展開できることが示唆され、これらは環境・エネルギー問題の解決の一助となることができるであろう。

研究成果

• [雑誌論文] Silver Cocatalyst-Concentration Dependence of Overall Water Splitting Performance over Silver-Inserted Solid-State Heterojunction Photocatalyst Composed of Zinc Rhodium Oxide and Bismuth Vanadium Oxide (2021)
  • 著者名/発表者名: H. Irie, M. Yoda, T. Takashima, and J. Osaki
  • 雑誌名: Appl. Catal. B, Environ. 巻: 284 ページ: 119744-119744
  • DOI: 10.1016/j.apcatb.2020.119744
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Red light-inducible overall water-splitting photocatalyst, gold-inserted zinc rhodium oxide and bismuth vanadium oxide heterojunction, connected using gold prepared by sputtering in ionic liquid (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoda Masaomi、Takashima Toshihiro、Akiyoshi Kazutaka、Torimoto Tsukasa、Irie Hiroshi
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 153 号: 1 ページ: 014701-014701
  • DOI: 10.1063/5.0010100
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Selective Loading of Platinum or Silver Cocatalyst onto a Hydrogen-Evolution Photocatalyst in a Silver-Mediated All Solid-State Z-Scheme System for Enhanced Overall Water Splitting (2019)
  • 著者名/発表者名: J. Osaki, M. Yoda, T. Takashima, H. Irie
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 9 号: 71 ページ: 4191341917-4191341917
  • DOI: 10.1039/c9ra09421k
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Facile Synthesis of a Red Light-Inducible Overall Water-Splitting Photocatalyst using Gold as a Solid-State Electron Mediator (2018)
  • 著者名/発表者名: Kento Kamijyo, Toshihiro Takashima, Masaomi Yoda, Junya Osaki, Hiroshi Irie
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 号: 57 ページ: 79998002-79998002
  • DOI: 10.1039/c8cc02942c
  • 査読あり
• [学会発表] Selective Loading of Platinum or Silver Cocatalyst on a Hydrogen-Evolution Photocatalyst in an Overall Water-Splitting System, Silver-Inserted Zinc Rhodium Oxide and Bismuth Vanadium Oxide (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Irie
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid State Science (PRiME 2020)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Gold Amount Dependence of Red Light Responsive Z-Scheme Photocatalyst on Water-Splitting Activity Using Gold Prepared By Sputtering in Ionic Liquid (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Yoda, T. Takashima, K. Akiyoshi, T. Torimoto, H. Irie
  • 学会等名: Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid State Science (PRiME 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] ソーラー水素製造と材料開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 入江 寛
  • 学会等名: 第81回応用物理学会秋季講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 赤色光に応答する水分解光触媒の活性向上 (2020)
  • 著者名/発表者名: 入江 寛
  • 学会等名: 光機能材料研究会 第77回講演会「光触媒研究と開発技術の最新動向と将来展望」
  • 招待講演
• [学会発表] Cocatalyst Modification for Enhancement of Red Light-Sensitive Overall Water-Splitting Heterojunction Photocatalyst (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Irie, M. Yoda, J. Osaki, T. Takashima
  • 学会等名: The 13th Pacific Rim Conference of Ceramic Societies
  • 国際学会
• [学会発表] Red Light-Induced Gold-Inserted Heterojunction Photocatalyst for Overall Water Splitting (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Yoda, T. Takashima, H. Irie
  • 学会等名: The 8th International Seminar “Green Energy Conversion Science and Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Red Light-Inducible Photocatalysts for Overall Water-Splitting and Carbon Dioxide Reduction (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Irie, M. Yoda, R. Hanada M. Hirukawa, J. Osaki, T. Takashima
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Recent Progress of Energy and Environmental Photocatalysis (Photocatalysis 3)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Preparation of Gold Inserted Water-Splitting Photocatalyst for Improved Activity (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Yoda, T. Takashima, H. Irie
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Recent Progress of Energy and Environmental Photocatalysis
  • 国際学会
• [学会発表] 赤色光に応答する水分解光触媒の創製とその活性向上 (2019)
  • 著者名/発表者名: 入江寛、依田将臣、尾崎純也、高嶋敏宏
  • 学会等名: 第38回 光がかかわる触媒化学シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 可視光全域利用に向けた金を挿入した異種接合型水分解光触媒の構築 (2019)
  • 著者名/発表者名: 依田将臣、髙嶋敏宏、 入江寛
  • 学会等名: 第8回JACI/GSCシンポジウム
• [学会発表] Identification and Management of the Descriptor for Oxygen Evolution Reaction over Iron Oxide Catalysts (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Takashima, Hiroshi Irie
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] 半導体複合粒子による水分解用光触媒の作製 (2019)
  • 著者名/発表者名: 秋山 賢輔、野島 咲子、高橋 亮、舟窪 浩、入江 寛
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] A Red Light-Inducible Overall Water-Splitting Photocatalyst using Gold as a Solid-State Electron Mediator (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Irie
  • 学会等名: 22nd International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Visible Light Sensitive O2-Evolution Photocatalyst, Bismuth Vanadate (2018)
  • 著者名/発表者名: Junya Osaki, Toshihiro Takashima, Hiroshi Irie
  • 学会等名: The 7th International Seminar for Special Doctoral Program "Green Energy Conversion Science and Technology"
  • 国際学会
• [学会発表] 十面体バナジン酸ビスマスの面異方性を接合に利用した二段階励起光水分解系の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 髙嶋敏宏、森山愛未、藤城幸峻、大谷文章、入江寛
  • 学会等名: 第24回光触媒シンポジウム
• [学会発表] 鉄シリサイド/炭化ケイ素複合粒子の合成と光触媒特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 秋山 賢輔、野島 咲子、高橋 亮、舟窪 浩、入江 寛
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 赤色光に応答する水分解及び二酸化炭素還元光触媒の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 尾﨑純也、髙嶋敏宏、入江寛
  • 学会等名: 第28回日本MRS年次大会
• [学会発表] Construction of a Solid-State Overall Water-Splitting Photocatalyst for Sensitization to Red-Light (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Irie
  • 学会等名: II International Energy & Environment Summit; 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Overall Water-Splitting Photocatalysts towards Sensitization to Red Light for Solar Hydrogen Production (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Irie
  • 学会等名: BIT’s 7th Annual World Congress of Nano Science & Technology-2017 (Nano S&T-2017)
  • 国際学会
• [学会発表] All Solid-State Overall Water-Splitting Photocatalyst, Silver-Inserted Zinc Rhodium Oxide and Bismuth Vanadium Oxide, Sensitive to Red Light (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Irie
  • 学会等名: 23rd China-Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materials and Molecular Electronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Induction of the concerted proton-coupled electron transfer for promoting oxygen evolution on hematite (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshihiro Takashima, Hiroshi Irie
  • 学会等名: 13th International Conference on Materials Chemistry
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancement of Oxygen Evolution Activity of Hematite Electrodes byInducing the Concerted Proton-Coupled Electron Transfer (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiuhiro Takashima, Kouki Ishikawa, Hiroshi Irie
  • 学会等名: 23rd China-Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materials and Molecular Electronics
  • 国際学会
• [学会発表] Visible light sensitive calcium copper titanate photocatalyst, CaCu3Ti4O15, for oxygen evolution (2017)
  • 著者名/発表者名: Junya Osaki, Toshihiro Takashima, Hiroshi Irie
  • 学会等名: 13th International Conference on Materials Chemistry
  • 国際学会
• [学会発表] Bismuth Vanadate as an Oxygen-Evolution Photocatalyst (2017)
  • 著者名/発表者名: Junya Osaki, Toshihiro Takashima, Hiroshi Irie
  • 学会等名: 23rd China-Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materials and Molecular Electronics
  • 国際学会
• [学会発表] Zinc Rhodium Oxide Photocatalyst for Reduction of Carbon Dioxide (2017)
  • 著者名/発表者名: Shota Higuchi, Toshihiro Takashima, Hiroshi Irie
  • 学会等名: 23rd China-Japan Bilateral Symposium on Intelligent Electrophotonic Materials and Molecular Electronics
  • 国際学会
• [学会発表] 赤色応答化に向けた二段階励起型水分解光触媒創出への取り組み (2017)
  • 著者名/発表者名: 入江寛
  • 学会等名: 光機能材料研究会 第63回講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 異種金属の原子層修飾による高耐久・高活性CO2還元触媒の創製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 髙嶋敏宏, 入江寛
  • 学会等名: 第6回JACI/GSCシンポジウム
• [学会発表] 銀の錯形成反応を利用した全固体型二段階励起水分解システムの構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原 佳樹, 高嶋敏宏, 入江寛
  • 学会等名: 第6回JACI/GSCシンポジウム
• [備考] クリーンエネルギー研究センター 太陽エネルギー変換研究部門ホームページ
  • URL: http://www.ccn.yamanashi.ac.jp/~scesgroup/index.html