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高効率な人工光合成を目指した半導体光触媒および光触媒系の設計

研究課題

研究課題/領域番号 19H02819
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分36020:エネルギー関連化学
研究機関明治大学

研究代表者

岩瀬 顕秀  明治大学, 理工学部, 専任准教授 (40632451)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2022年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
キーワード人工光合成 / 水分解 / 光触媒 / 表面修飾 / 表面処理 / 太陽光 / 複合体 / 水素製造 / 可視光 / バンド設計 / 助触媒 / 光エネルギー変換 / 表面反応場
研究開始時の研究の概要

光触媒を用いた水分解や二酸化炭素の還元は,光エネルギーを化学エネルギーとして蓄積する人工光合成型の反応でることから,学術的・社会的に意義のある研究テーマである。本研究領域の課題は,「いかに高効率な人工光合成を達成するか」であるが,そのためには光触媒の根本的な高性能化や選択性制御の手法の確立が必要不可欠である。そこで,本研究では,光触媒内での電子移動および表面での光触媒反応を能動的にコントロールするための光触媒のバンド設計および新規反応場の設計を軸とし,申請者らが独自に開発したZスキーム系を基盤とした,高効率な水分解および二酸化炭素還元のための新規Zスキーム型光触媒を設計する。

研究成果の概要

本研究では,光触媒の材料開発および光触媒表面反応場の形成を軸に,可視光水分解反応の高効率化に成功した。光触媒の材料開発の観点からは,新しい可視光応答性ドープ型金属酸化物光触媒を開発した。この光触媒は当初想定していたZスキーム型水分解ではなく,より難易度の高い一段階励起型の可視光水分解に活性を示した。光触媒表面反応場の形成の観点からは,金属硫化物に対する水溶液処理による水素生成活性の向上および金属酸化物に対するフラックス処理による水分解活性の向上を達成した。このように,可視光水分解のための光触媒の開発およびその高活性化手法の開発に成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

光触媒を用いた水分解や二酸化炭素還元は,光エネルギーを化学エネルギーへと変換する反応であることから人工光合成と呼ばれ,持続可能社会およびカーボンニュートラルの実現に貢献しうる科学技術である。本研究課題の成果は,このような人工光合成型の反応を高効率に進めることのできる新しい光触媒の開発について,材料設計および高性能化の手法の確立に貢献するものである。特に,本課題で開発した表面処理による高性能化は,様々な光触媒や光触媒反応に適用できる可能性があり,本研究分野の発展に寄与すると考えられる。

報告書

(5件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (40件)

すべて 2023 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 7件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Overall Water Splitting Under Visible Light Irradiation Over Ir and A‐Codoped KTaO <sub>3</sub> (A=Ca, Sr, Ba, La) Photocatalysts2022

    • 著者名/発表者名
      Iwase Akihide、Misono Haruka
    • 雑誌名

      Energy Technology

      巻: 11 号: 1 ページ: 2200739-2200739

    • DOI

      10.1002/ente.202200739

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The development of an Ir and Sr-codoped KNbO<sub>3</sub> photocatalyst as an O<sub>2</sub>-evolving photocatalyst for Z-schematic water splitting under visible light irradiation2022

    • 著者名/発表者名
      Iwase Akihide、Sakamoto Rikako、Misono Haruka
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 58 号: 93 ページ: 12951-12954

    • DOI

      10.1039/d2cc04977e

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] CO<sub>2</sub> Reduction Using Water as an Electron Donor over Heterogeneous Photocatalysts Aiming at Artificial Photosynthesis2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshino Shunya、Takayama Tomoaki、Yamaguchi Yuichi、Iwase Akihide、Kudo Akihiko
    • 雑誌名

      Accounts of Chemical Research

      巻: 55 号: 7 ページ: 966-977

    • DOI

      10.1021/acs.accounts.1c00676

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photocatalytic CO2 Reduction Using Water as an Electron Donor under Visible Light Irradiation by ZScheme and Photoelectrochemical Systems over (CuGa)0.5ZnS2 in the Presence of Basic Additives2022

    • 著者名/発表者名
      Shunya Yoshino, Akihide Iwase, Yuichi Yamaguchi, Tomiko M. Suzuki, Takeshi Morikawa, Akihiko Kudo
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 144 ページ: 2323-2332

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of visible-light-responsive Ir and La-codoped KTaO3 photocatalysts for water splitting2021

    • 著者名/発表者名
      Akihide Iwase, Misono Haruka
    • 雑誌名

      Chem. Commun.

      巻: 57 号: 80 ページ: 10331-10334

    • DOI

      10.1039/d1cc04227k

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Z-schematic Solar Water Splitting Using Fine Particles of H2-evolving (CuGa)0.5ZnS2 Photocatalyst Prepared by a Flux Method with Chloride Salts2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshino Shunya、Iwase Akihide、Ng Yun Hau、Amal Rose、Kudo Akihiko
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: - 号: 6 ページ: 5684-5692

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c00661

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Solar Water Splitting under Neutral Conditions Using Z‐Scheme Systems with Mo‐Doped BiVO4 as an O2‐Evolving Photocatalyst2019

    • 著者名/発表者名
      Iwase Akihide、Udagawa Yuhei、Yoshino Shunya、Ng Yun Hau、Amal Rose、Kudo Akihiko
    • 雑誌名

      Energy Technology

      巻: 7 号: 8 ページ: 1900358-1900358

    • DOI

      10.1002/ente.201900358

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cu3MS4 (M=V, Nb, Ta) and its solid solutions with sulvanite structure for photocatalytic and photoelectrochemical H2 evolution under visible-light irradiation2019

    • 著者名/発表者名
      Satoru Ikeda, Naruhiko Aono, Akihide Iwase, Hisayoshi Kobayashi, Akihiko Kudo
    • 雑誌名

      ChemSusChem

      巻: 12 号: 9 ページ: 1977-1983

    • DOI

      10.1002/cssc.201802702

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] (CuGa)0.5ZnS2水素生成光触媒および非金属酸化物酸素生成光触媒を組み合わせたZスキーム型可視光水分解2023

    • 著者名/発表者名
      守屋 海沙,吉野 隼矢,加藤 英樹,岩瀬 顕秀
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] IrおよびLaを共ドープしたNaTaO3光触媒による可視光水分解2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤 太一,御園 はるか,岩瀬 顕秀
    • 学会等名
      日本化学会第103春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] RuをドープしたKTaO3光触媒による可視光水分解およびその光触媒特性におけるLa共ドープ効果2023

    • 著者名/発表者名
      笠原未祐,御園はるか,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第131回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Zスキーム型可視光水分解のための表面修飾により高性能化した金属硫化物水素生成光触媒2022

    • 著者名/発表者名
      八木下 紘輝,岩瀬 顕秀
    • 学会等名
      第32回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 金属硫化物水素生成光触媒を用いたZスキーム型可視光水分解における表面修飾効果2022

    • 著者名/発表者名
      八木下紘輝,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第12回CSJ化学フェスタ2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] アモルファス金属錯体法で合成したIrおよびLa共ドープK1-xNaxTaO3光触媒による可視光水分解2022

    • 著者名/発表者名
      御園はるか, 加藤英樹, 岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第12回CSJ化学フェスタ2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 表面修飾により高性能化した金属硫化物水素生成光触媒を用いたZスキーム型水分解2022

    • 著者名/発表者名
      八木下紘輝,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第130回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 種々の合成法で合成したIrおよびLaを共ドープしたK1-xNaxTaO3光触媒による可視光水分解2022

    • 著者名/発表者名
      御園はるか, 加藤英樹, 岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第130回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] (CuGa)0.5ZnS2還元用光触媒,BiVO4酸素生成光触媒および還元型酸化グラフェン電子伝達剤を用いたZスキーム型可視光二酸化炭素還元における金属および金属酸化物の添加効果2022

    • 著者名/発表者名
      守屋海沙,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      2022年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Visible-light-responsive Ir and La-codoped K1-xNaxTaO3 photocatalysts for water splitting2022

    • 著者名/発表者名
      Haruka Misono, Akihide Iwase
    • 学会等名
      12th International Conference on Environmental Catalysis (ICEC2022)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] One-step preparation of reduced graphene oxide incorporated BiVO4 photocatalyst with various cocatalysts for Z-schematic water splitting2022

    • 著者名/発表者名
      Misa Moriya, Akihide Iwase
    • 学会等名
      The 9th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT9)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Surface Treated (CuGa)0.5ZnS2 as a H2-Evolving Photocatalyst for Enhanced Z-Schematic Water Splitting under Visible Light Irradiation2022

    • 著者名/発表者名
      Koki Yagishita, Akihide Iwase
    • 学会等名
      The 9th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT9)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 表面処理により高性能化した助触媒未担持の(CuGa)0.5ZnS2水素生成光触媒を用いたZスキーム型可視光水分解2022

    • 著者名/発表者名
      八木下紘輝,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第41回光がかかわる触媒化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 可視光およびソーラー水分解のためのIrおよびLa共ドープK1-xNaxTaO3光触媒の開発2022

    • 著者名/発表者名
      御園はるか,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第41回光がかかわる触媒化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] IrおよびLaを共ドープしたKxNaxTaO3光触媒による可視光水分解2022

    • 著者名/発表者名
      御園はるか,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第129回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 表面処理により高性能化した(CuGa)0.5ZnS2水素生成光触媒を用いたZスキーム型可視光水分解2022

    • 著者名/発表者名
      八木下紘輝,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      日本化学会第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Development of Z-scheme systems for water splitting under visible light irradiation using a reduced graphene oxide as an electron mediator and non-oxide material as an O2-evolving photocatalyst2021

    • 著者名/発表者名
      Misa Moriya, Hideki Kato, Akihide Iwase
    • 学会等名
      Pacifichem2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Overall water splitting under visible light irradiation over Ir-doped KTaO3; photocatalysts2021

    • 著者名/発表者名
      Haruka Misono,Akihide Iwase
    • 学会等名
      Pacifichem2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Novel Preparation Method of Reduced Graphene Oxide-Incorporated BiVO4 with various cocatalysts for Z-Schematic Water Splitting under Visible Light Irradiation2021

    • 著者名/発表者名
      守屋海沙,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第31回日本MRS年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 種々の助触媒を担持したBiVO4酸素生成光触媒を(CuGa)0.5ZnS2光触媒と組み合わせたZスキーム系による可視光水分解2021

    • 著者名/発表者名
      守屋海沙,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第11回CSJ化学フェスタ2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 可視光水分解に活性なIrおよびLaまたはアルカリ土類金属共ドープKTaO3;光触媒の開発2021

    • 著者名/発表者名
      御園はるか,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第11回CSJ化学フェスタ2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 種々の助触媒を担持したBiVO4酸素生成光触媒を金属硫化物水素生成光触媒と組み合わせたZスキーム系による可視光水分解2021

    • 著者名/発表者名
      守屋海沙,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第128回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] IrおよびLaまたはアルカリ土類金属を共ドープしたKTaO3;光触媒による可視光水分解2021

    • 著者名/発表者名
      御園はるか,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第128回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] IrおよびLaを共ドープしたKTaO3;光触媒による可視光水分解2021

    • 著者名/発表者名
      御園はるか,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第40回光がかかわる触媒化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Construction of Z-scheme Systems using Photocorrosive Metal Sulfide Photocatalysts for Water Splitting and CO2 Reduction2021

    • 著者名/発表者名
      Akihide Iwase, Shunya Yoshiko, Akihiko Kudo
    • 学会等名
      The Twelfth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Application of photocorrosive metal sulfide photocatalysts to artificial photosynthetic reactions2021

    • 著者名/発表者名
      Akihide Iwase, Shunya Yoshiko, Akihiko Kudo
    • 学会等名
      2021 MRS Spring Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 多元硫化物光触媒による光ー化学エネルギー変換2021

    • 著者名/発表者名
      岩瀬顕秀,吉野隼矢,工藤昭彦
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] IrドープKTaO3光触媒による可視光照射下での犠牲試薬を含む水溶液からの水素および酸素生成2021

    • 著者名/発表者名
      御園はるか,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第127回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] In-Fe複合酸化物を酸素生成光触媒に用いた可視光水分解のための固体間電子伝達型Zスキーム系の開発2021

    • 著者名/発表者名
      守屋海沙,三石雄悟,佐山和弘,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      日本化学会第102春期年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 非金属酸化物酸素生成光触媒および還元型酸化グラフェンを組み合わせたZスキームによる可視光水分解2020

    • 著者名/発表者名
      守屋海沙,高濱太一,加藤英樹,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      第126回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 金属硫化物水素生成光触媒,長波長応答酸素生成光触媒および還元型酸化グラフェン電子伝達剤からなる可視光水分解のためのZ-スキーム系の開発2020

    • 著者名/発表者名
      守屋海沙,青柳良輔,三石雄悟,加藤英樹,佐山和弘,工藤昭彦,岩瀬顕秀
    • 学会等名
      日本化学会第100春期年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [図書] Recent Developments in Functional Materials for Artificial Photosynthesis2023

    • 著者名/発表者名
      Stefano Protti, Nick Serpone, Qian Wang, Zhenhua Pan, Ying Luo, Zheng Wang, Hong He, Akihide Iwase, Srabanti Ghosh, Neha Verma, Rajakumar Ananthakrishnan, C. E. Creissen
    • 総ページ数
      382
    • 出版者
      Royal Society of Chemistry
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2024-01-30  

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