| 研究課題/領域番号 |
22K05265
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36010:無機物質および無機材料化学関連
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
中島 光一 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (70420411)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | チタン酸ストロンチウム / 水分解光触媒 / ナノキューブ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は石油エネルギー社会（化石燃料）から脱却をして、水素エネルギー社会の実現を目指している。水を分解して水素を製造する技術開発は、温室効果ガス（二酸化炭素）を排出することなく、クリーンエネルギーの創出を可能とする。この水素エネルギーは発電技術や燃料電池自動車などへの利用に直結し、近未来の水素エネルギー社会の到来を可能にする。そこで本研究では、高効率水分解光触媒粒子の開発に関する研究を実施する。
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| 研究実績の概要 |
世界のエネルギーは、石油（化石燃料）に依存しており、この石油（化石燃料）は有限の資源のため、将来的に枯渇すると言われている。そのため、再生可能エネルギーの利用が期待されており、本研究では水を水素と酸素に分解して、この水素をエネルギーとして利用する水分解光触媒に着目して、研究を実施している。水分解光触媒粒子に光を照射し、水を水素と酸素に分解するときに、水分解光触媒粒子の表面が活性点になっていると言われているが、水素と酸素が生成する機構は未解明である。そこで本研究では、水分解光触媒としての性能を有するチタン酸ストロンチウム（SrTiO3）のナノキューブを合成し、この粒子表面の微構造解析を実施し、高効率水分解光触媒の材料設計につながる指針を得ることに焦点をあてた。
ペロブスカイト型構造を有するSrTiO3は水熱法を用いて合成を行った。水熱法は、ボトムアップ型アプローチが可能な溶液反応で、原子レベルから粒子を構築することができ、粒径や形状をコントロールすることができる。この水熱法を用いて得られたSrTiO3は結晶面が露出したナノクリスタルとして得られ、この結晶面が水分解光触媒性能に大きな影響を与えると考え、SrTiO3ナノクリスタルの粒子表面の微構造解析を実施した。球面収差法制付き走査透過型電子顕微鏡を用いてSrTiO3ナノクリスタルの粒子表面を観察した結果、水熱合成条件によって粒子表面の原子配列が異なることが示唆された。粒子表面の原子配列が異なるということは、水分解光触媒の性能を影響を与える可能性がある。現在、粒子表面を構築する元素の種類について、検討を実施している。また、自由自在に粒子表面の原子を入れ替えるために水熱合成条件の検討もあわせて実施している。水分解光触媒の性能向上につながる機構を解明するために、SrTiO3ナノクリスタルの粒子合成と微構造解析を引き続き実施する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
結晶面が露出したナノクリスタルの合成および粒子表面の原子配列の明確化を目標に掲げている。この目標を達成しつつあるので「おおむね順調に進展している」とした。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究の推進方策として、SrTiO3ナノクリスタルの合成を引き続き行って、粒子表面の原子配列が変化する合成条件を見出すことに力点を置く。そして、SrTiO3ナノクリスタルの粒子表面を構成している元素を明らかにして、水分解光触媒の性能向上につながる機構を解明を目指す。
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