| 研究課題/領域番号 |
21H02049
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
立川 貴士 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 教授 (20432437)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2022年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2021年度: 8,710千円 (直接経費: 6,700千円、間接経費: 2,010千円)
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| キーワード | 光触媒 / 光水分解 / 過酸化水素 / 水素エネルギー / 太陽光利用 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
独自に開発した世界最高性能のメソ結晶光電極を用いて、高効率かつ高選択的な太陽光水分解を達成するための動作原理と材料設計指針を獲得する。特に、単一粒子レベルのオペランド顕微分光計測から、高効率電荷分離のための駆動力、光電流生成における極めて小さな活性化エネルギーの起源、水の酸化における酸素と過酸化水素の選択性を支配する局所構造と反応経路などを明らかにする。得られた知見を統合して、高効率かつ高選択的な水の酸化反応をつかさどる新しいサイエンスを見いだし、より高機能な光エネルギー変換系を合理設計するための知的基盤を提供する。
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| 研究実績の概要 |
光触媒作用による太陽光水分解は、化石燃料に頼らないクリーンな水素エネルギーや有用化成品の製造法として注目を集めている。本研究では、従来、過酸化水素の生成には適していなかったヘマタイトの表面をチタンとスズを含む複合酸化物で被覆することで、水素と過酸化水素を極めて高い効率と選択性で生成できることを見出してきた。当該年度は、ドーパントの種類および濃度がヘマタイト光電極の特性に及ぼす影響を定量化することを主たる目的とし、新規光電極の作製と光電気化学的評価を行った。合成条件のうち、ヘマタイト電極作製時の冷却過程とその後の低温アニールが、ヘマタイト光電極性能に大きく関与することがわかった。同じ触媒かつ同じ作製法で得られた電極にも関わらず、性能にばらつきがあるヘマタイト光電極について、低温アニール処理を行うことで性能の向上と均一化を達成できた。最適化された作製プロセスで得られた光電極の光触媒活性を予測するため、機械学習モデルの作成を行った。光触媒活性の定量は、光電極に疑似太陽光を照射し、リニアスウィープボルタンメトリーによって評価した。説明変数は、蛍光X線測定によって決定した組成式からXenonPyを用いて作成した元素特徴量を用いた。ランダムフォレスト回帰による触媒活性予測から、分散の値を用いることで決定係数の増加や、平均二乗事情誤差や平均絶対誤差の減少がみられた。これは、予測モデルの表現力が向上したためと考えられる。上記に加え、光触媒システムの性能および応用範囲を向上・拡大するため、異種材料との複合化や関連する光機能性材料の反応解析を行った。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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