ワンステップ陽極酸化法によるTi-Nb-Ta-Zr-Oナノチューブ光触媒の創製

• 研究課題/領域番号: 18K14085
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分28030:ナノ材料科学関連
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 陳 君怡 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任助教 (90707473)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2020年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2018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: anodization / nanotubes array / water splitting / charge dynamics / photocatalyst / TNTZ / yolk-shell nanocrystals / metal sulfides / nanotubes / visible light absorbing

研究成果の概要

陽極酸化プロセスにより、Ti-Nb-Ta-Zr-O ナノチューブを Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr 合金板表面に形成し、光電気化学システムによる水分解の新規な陽極としての可能性を見極める。Nb、Ta、Zr の自己ドープ効果により、バンドギャップの狭小化、可視光吸収率及び導電性を向上させ、フォトキャリアの電荷分離過程の効率と光電流の増大を引き出す。ナノチューブの細管壁厚は、支配的に水分解効率に影響を与えることがわかっており、陽極酸化の反応条件を変えることによってナノ構造の形態最適化を図る。そして、電気化学インピーダンス解析から、新規可視光応答型光触媒の電荷キャリア移動機構を解明する。

研究成果の学術的意義や社会的意義

The present work examined the realistic hydrogen evolution by employing TNTZO as the photoanode in the photoelectrochemical(PEC) water splitting cell. This illustration reveals that the fully depleted TNTZO nanotubes can practically perform PEC water splitting to realize solar hydrogen production.

研究成果

• [国際共同研究] National Yang Ming Chiao Tung University(その他の国・地域Taiwan)
• [国際共同研究] National Chiao Tung University(その他の国・地域Taiwan)
• [雑誌論文] Electronic Interactions and Charge-Transfer Dynamics for a Series of Yolk-Shell Nanocrystals: Implications for Photocatalysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Jhen-Yang Wu Jhen-Yang Wu Institute of Innovative Research (IIR), Tokyo InJhen-Yang Wu , Ting-Hsuan Lai, Mei-Jing Fang, Jui-Yuan Chen, Ming-Yu Kuo, Yi-Hsuan Chiu, Ping-Yen Hsieh, Chun-Wen Tsao, Huai-En Chang, Yu-Peng Chang, Chien-Yi Wang, Chun-Yi Chen, Masato Sone, Wen-Wei Wu, Tso-Fu Mark Chang, and Yung-Jung Hsu
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 5 号: 6 ページ: 8404-8416
  • DOI: 10.1021/acsanm.2c01529
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Near infrared-driven photoelectrochemical water splitting: Review and future prospects (2020)
  • 著者名/発表者名: Hsieh Ping-Yen、Wu Jhen-Yang、Chang Tso-Fu Mark、Chen Chun-Yi、Sone Masato、Hsu Yung-Jung
  • 雑誌名: Arabian Journal of Chemistry 巻: 13 号: 11 ページ: 8372-8387
  • DOI: 10.1016/j.arabjc.2020.05.025
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reduced graphene oxides-wrapped ZnO with notable photocatalytic property (2020)
  • 著者名/発表者名: Hu Wei-Chen、Chen Yi-An、Hsieh Ping-Yen、Tsao Chun-Wen、Chiu Yi-Hsuan、Chang Tso-Fu Mark、Chen Chun-Yi、Sone Masato、Hsu Yung-Jung
  • 雑誌名: Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 巻: 112 ページ: 337-344
  • DOI: 10.1016/j.jtice.2020.05.016
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Incorporating graphene quantum dots to enhance the photoactivity of CdSe-sensitized TiO2nanorods for solar hydrogen production (2020)
  • 著者名/発表者名: Chang Yung-Shan、Hsieh Ping-Yen、Mark Chang Tso-Fu、Chen Chun-Yi、Sone Masato、Hsu Yung-Jung
  • 雑誌名: Journal of Materials Chemistry A 巻: 8 号: 28 ページ: 13971-13979
  • DOI: 10.1039/d0ta02359k
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanistic Insights into Photodegradation of Organic Dyes Using Heterostructure Photocatalysts (2019)
  • 著者名/発表者名: Chiu Yi-Hsuan、Chang Tso-Fu Mark、Chen Chun-Yi、Sone Masato、Hsu Yung-Jung
  • 雑誌名: Catalysts 巻: 9 号: 5 ページ: 430-430
  • DOI: 10.3390/catal9050430
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ni-P and TiO2 Codeposition on Silk Textile via Supercritical CO2 Promoted Electroless Plating for Flexible and Wearable Photocatalytic Devices, (2019)
  • 著者名/発表者名: Wan-Ting Chiu, Chun-Yi Chen, Tso-Fu Mark Chang, Tomoko Hashimoto, Hiromichi Kurosu, Masato Sone
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 巻: 294 ページ: 68-75
  • DOI: 10.1016/j.electacta.2018.10.076
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fully Depleted Ti-Nb-Ta-Zr-O Nanotubes: Interfacial Charge Dynamics and Solar Hydrogen Production (2018)
  • 著者名/発表者名: Yi-Hsuan Chiu, Ting-Hsuan Lai, Chun-Yi Chen, Ping-Yen Hsieh, Kazunari Ozasa, Mitsuo Niinomi, Kiyoshi Okada, Tso-Fu Mark Chang, Nobuhiro Matsushita, Masato Sone and Yung-Jung Hsu
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 10 号: 27 ページ: 22997-23008
  • DOI: 10.1021/acsami.8b00727
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Anodized Ti-Nb-Ta-Zr-O Nanotubes Array and Its Application for Solar Hydrogen Production (2022)
  • 著者名/発表者名: Chun-Yi Chen, Yi-Hsuan Chiu, Tso-Fu Mark Chang, Nobuhiro Matsushita, Yung-Jung Hsu2, Masato Sone1
  • 学会等名: Seventh International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials
  • 国際学会
• [学会発表] Ti－Nb－Ta－Zr－O Nanotubes: Interfacial Charge Dynamics and Solar Hydrogen Production (2022)
  • 著者名/発表者名: Chun-Yi Chen, Yi-Hsuan Chiu, Tso-Fu Mark Chang, Masato Sone,Yung-Jung Hsu
  • 学会等名: 3-day International Conference on Materials Science
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Applications In2S3-TiO2 as Photoelectrochemical Sensor for Glutathione Detection (2018)
  • 著者名/発表者名: Ping-Yen Hsieh, Yung-Jung Hsu, Chun-Yi Chen, Tso-Fu Mark Chang, Masato Sone
  • 学会等名: The 2nd Taiwan-Japan Joint Symposium in Taiwan
  • 国際学会
• [学会発表] Anodization of Ti-Nb-Ta-Zr-O Mixed-oxides Nanotube Arrays: A Promising Alternative Photoelectrode for Solar Conversion (2018)
  • 著者名/発表者名: Yi-Hsuan Chiu, Chun-Yi Chen, Kazunari Ozasa, Mitsuo Niinomi, Kiyoshi Okada, Tso-Fu Mark Chang, Nobuhiro Matsushita, Yung-Jung Hsu, Masato Sone
  • 学会等名: 22nd Topical Meeting of the International Society of Electrochemistry
  • 国際学会