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界面の光励起プロセスを利用した可視光駆動型光触媒の開発

研究課題

研究課題/領域番号 21J12070
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分36020:エネルギー関連化学
研究機関東京工業大学

研究代表者

WARDHANA AUFANDRA CAKRA  東京工業大学, 物質理工学院, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2021-04-28 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワードPhotoelectrochemistry / Photocathode / Water splitting / Photocatalyst / Nanoclusters / Interfacial excitation / KPFM / Photodeposition / Thin film
研究開始時の研究の概要

One-step interfacial charge excitation phenomenon under visible-light irradiation is demonstrated by a well-defined Cr2O3/SrTiO3 system. This study is aimed at explaining the charge transport path, and hence the photocatalytic redox site. To elucidate the charge transport direction, a kelvin probe microscope (KPFM) integrated with visible-light sources is employed. The later is verified by photo-depositing certain metals and metal oxides. Finally, this study provides us a direct evidence of the phenomenon and an alternative to a rationally designed visible-light-active photocatalyst.

研究実績の概要

Our current findings imply that we can control p- (cathodic photoresponse) or n-type (anodic photoresponse) conductivity by a facile surface modification, instead of complicated crystal structure modifications. We have studied interfacial charge transfer (IFCT) in three-electrode photoelectrochemical system for fuel production under UV and visible-light illumination. In this study, we have investigated Cu(II)/TiO2 photo-electrode, and cathodic photoresponse was observed. H2 and O2 evolution were detected from Cu(II)/TiO2 photocathode and Pt sheet, respectively, indicating that water splitting reaction occurred without any addition of sacrificial agent. Considering the concept of IFCT, a direct electron excitation from the valence band of TiO2 to Cu(II) nanoclusters initiated water splitting reaction. On the other hand, Cr(III)/SrTiO3 photo-electrode exhibited anodic photoresponse, indicating that O2 evolution took place on this photoanode; in this case, electrons were directly excited from Cr(III) nanoclusters to the conduction band of SrTiO3 (reversed transfer path). We expect this research would be promising to further examine the direct interfacial charge transfer, not only for photocatalyst but also for other applications.

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (4件)

すべて 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Direct Interfacial Excitation from TiO2 to Cu(II) Nanoclusters Enables Cathodic Photoresponse for Hydrogen Evolution under Visible‐Light Irradiation2023

    • 著者名/発表者名
      Wardhana Aufandra C.、Yamaguchi Akira、Adachi Kiyohiro、Hashizume Daisuke、Miyauchi Masahiro
    • 雑誌名

      Small

      巻: 2206893 号: 20 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1002/smll.202206893

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Direct imaging of visible-light-induced one-step charge separation at the chromium oxide/strontium titanate interface2022

    • 著者名/発表者名
      Wardhana Aufandra Cakra、Yasuhara Sou、Yu Min-Wen、Yamaguchi Akira、Nagao Tadaaki、Ishii Satoshi、Miyauchi Masahiro
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry A

      巻: 10 号: 2 ページ: 752-761

    • DOI

      10.1039/d1ta08950a

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Elucidation of Interfacial Charge Excitation in Visible-light-active Cr2O3/SrTiO3 Photocatalyst System2021

    • 著者名/発表者名
      Aufandra Cakra Wardhana
    • 学会等名
      ECSJ Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Direct Observation of Interfacial Charge Excitation in Visible-light-active Cr2O3/SrTiO3 Photocatalytic System2021

    • 著者名/発表者名
      Aufandra Cakra Wardhana
    • 学会等名
      STAC12
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2021-05-27   更新日: 2024-03-26  

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