周波数分解計測に基づく半導体電極の開発：光キャリアダイナミクスと階層構造

• 研究課題/領域番号: 23686114
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 触媒・資源化学プロセス
• 研究機関: 北九州市立大学
• 研究代表者: 天野 史章 北九州市立大学, 国際環境工学部, 准教授 (10431347)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 26,780千円 (直接経費: 20,600千円、間接経費: 6,180千円); 2014年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2013年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2012年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円); 2011年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
• キーワード: 酸化チタン / 酸化タングステン / 半導体電極 / 光電気化学 / 光電極 / 光電気化学特性 / 光触媒 / 水素還元処理 / 電気化学インピーダンス

研究成果の概要

光電気化学的な水分解反応は、太陽エネルギーを用いたCO2を排出しない水素製造技術として注目されている。しかし、高い量子収率をしめす光電極の設計指針は、酸化チタンや酸化タングステンなどの従来から知られている材料であっても明確になっていなかった。そこで本研究では、電気化学インピーダンス法や光強度変調光電流分光法（IMPS）などの周波数応答を計測する手法を用いて、酸化チタンや酸化タングステン電極の内部抵抗やキャリア密度、および光励起キャリアの速度定数が、その光触媒活性や光電極活性に与える影響を調べた。

研究成果

• [雑誌論文] Fabrication and photoelectrochemical study of WO3-based bifunctional electrodes for environmental applications (2015)
  • 著者名/発表者名: S. S. Thind, K. Rozic, F. Amano, A. Chen
  • 雑誌名: Applied Catalysis B: Environmental 巻: 176-177 ページ: 464-471
  • DOI: 10.1016/j.apcatb.2015.04.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Temperature Calcination and Hydrogen Reduction of Rutile TiO2: A Method to Improve the Photocatalytic Activity for Water Oxidation (2014)
  • 著者名/発表者名: F. Amano, M. Nakata
  • 雑誌名: Applied Catalysis B: Environmental 巻: 158-159 ページ: 202-208
  • DOI: 10.1016/j.apcatb.2014.04.025
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photocatalytic Activity of Rutile Titania for Hydrogen Evolution (2014)
  • 著者名/発表者名: F. Amano, M. Nakata, E. Ishinaga
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 43(4) 号: 4 ページ: 509-511
  • DOI: 10.1246/cl.131124
  • NAID: 130004868075
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of Photocathodic Stability of P-type Copper(I) Oxide Electrodes by Surface Etching Treatment (2014)
  • 著者名/発表者名: F. Amano, T. Ebina, B. Ohtani
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 550 (1) ページ: 340-346
  • DOI: 10.1016/j.tsf.2013.10.122
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocatalytic activity of titania particles calcined at high temperature : Investigating deactivation (2013)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki Amano, Masashi Nakata, Kenji Asami, Akira Yamakata
  • 雑誌名: Chemical Physics Letters 巻: 579 ページ: 111-113
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2013.06.038
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Solar photocatalysis: A green technology for E. coli contaminated water disinfection. Effect of concentration and different types of suspended catalyst (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Helali, M. I. Polo-Lopez, P. Fernandez-Ibanez, B. Ohtani, F. Amano, S. Malato, C. Guillard
  • 雑誌名: Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 巻: 276 ページ: 31-40
  • DOI: 10.1016/j.jphotochem.2013.11.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Particle Size on the Photocatalytic Activity of WO3 Particles for Water Oxidation (2013)
  • 著者名/発表者名: Fumiaki Amano, Eri Ishinaga, Akira Yamakata
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117 号: 44 ページ: 22584-22590
  • DOI: 10.1021/jp408446u
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 硫化銅インジウム膜を用いた間接的光水素生成システム (2012)
  • 著者名/発表者名: 天野史章
  • 雑誌名: 硫酸と工業 巻: 第65巻 ページ: 39-44
  • NAID: 40019300195
• [雑誌論文] Photoelectrochemical Properties of Tungsten Trioxide Thin Film Electrodes Prepared from Facet-Control led Rectangular Platelets (2012)
  • 著者名/発表者名: F.Amano
  • 雑誌名: Journal of Solid State Electrochemistry 巻: 16 号: 5 ページ: 1965-1973
  • DOI: 10.1007/s10008-011-1586-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoelectrochemical Hydrogen Evolution Using Copper-Indium-Sulfide Nanocrystalline Film Electrodes (2011)
  • 著者名/発表者名: F.Amano
  • 雑誌名: Electrochemistry 巻: 79 ページ: 804-806
  • NAID: 130002150478
  • 査読あり
• [雑誌論文] Facile Preparation of Platelike Tungsten Oxide Thin Film Electrodes with High Photoelectrode Activity (2011)
  • 著者名/発表者名: F.Amano
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 3 号: 10 ページ: 4047-4052
  • DOI: 10.1021/am200897n
  • 査読あり
• [学会発表] Analysis of WO3 Photoelectrode Reaction by Intensity Modulated Photocurrent Spectroscopy (IMPS) (2015)
  • 著者名/発表者名: 古賀 慎一朗、天野史章
  • 学会等名: 15th Korea-Japan Symposium on Catalysis
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2015-05-27
• [学会発表] アントラキノン系色素による光水素生成の反応条件最適化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 赤木恭和、天野史章
  • 学会等名: 第115回触媒討論会（触媒討論会A）
  • 発表場所: 成蹊大学（東京都）
  • 年月日: 2015-03-24
• [学会発表] 酸化タングステン光電極反応の電気化学インピーダンス法による解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 古賀 慎一朗、天野史章
  • 学会等名: 第115回触媒討論会（触媒討論会A）
  • 発表場所: 成蹊大学（東京都）
  • 年月日: 2015-03-24
• [学会発表] 酸化タングステン光電極反応の光強度変調光電流分光法（IMPS）による解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 天野史章、古賀 慎一朗
  • 学会等名: 第115回触媒討論会（触媒討論会A）
  • 発表場所: 成蹊大学（東京都）
  • 年月日: 2015-03-24
• [学会発表] Hydrogen reduction treatment on visible-light-responsive titania photocatalysts codoped with tantalum and chromium (2014)
  • 著者名/発表者名: 中田真嗣、天野史章
  • 学会等名: 2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県）
  • 年月日: 2014-11-26
• [学会発表] Anchoring group effects on anthraquinone dye-sensitized photocatalysts for hydrogen evolution (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤木恭和、天野史章
  • 学会等名: 2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県）
  • 年月日: 2014-11-26
• [学会発表] The evaluation of photoelectrode efficiency and internal resistance of WO3 particulate films for water oxidation (2014)
  • 著者名/発表者名: 古賀 慎一朗、天野史章
  • 学会等名: 2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県）
  • 年月日: 2014-11-26
• [学会発表] Effects of cation doping with different oxidation numbers on rutile titania photocatalysts for water oxidation (2014)
  • 著者名/発表者名: 濤崎亮輔、天野史章
  • 学会等名: 2014 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県）
  • 年月日: 2014-11-25
• [学会発表] アントラキノン系色素増感光触媒のアンカー基効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤木恭和、天野史章
  • 学会等名: 第114回触媒討論会（触媒討論会A）
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス（広島県）
  • 年月日: 2014-09-26
• [学会発表] 酸化タングステン微粒子膜の光電気化学インピーダンス測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古賀 慎一朗、天野史章
  • 学会等名: 第114回触媒討論会（触媒討論会A）
  • 発表場所: 広島大学 東広島キャンパス（広島県）
  • 年月日: 2014-09-26
• [学会発表] 水素還元処理した可視光応答性ドープ型TiO2の光触媒特性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中田真嗣、天野史章
  • 学会等名: 触媒学会 第8回触媒道場
  • 発表場所: 北九州ハイツ（福岡県）
  • 年月日: 2014-09-01
• [学会発表] 酸化タングステン粒子の光触媒活性に対する粒子サイズ効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 天野史章、山方啓
  • 学会等名: 第33回光がかかわる触媒化学シンポジウム
  • 発表場所: 東京理科大学 葛飾キャンパス（東京都）
  • 年月日: 2014-07-18
• [学会発表] 等原子価および異原子価カチオンを添加したルチル型TiO2の光触媒活性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 濤崎亮輔、天野史章
  • 学会等名: 第５１回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場（福岡県）
  • 年月日: 2014-06-28
• [学会発表] WO3微粒子膜の光電極性能と内部抵抗の評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 古賀慎一朗、天野史章
  • 学会等名: 第５１回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場（福岡県）
  • 年月日: 2014-06-28
• [学会発表] 色素増感光触媒へのジヒドロキシアントラキノン系色素の応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 赤木恭和、天野史章
  • 学会等名: 第５１回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場（福岡県）
  • 年月日: 2014-06-28
• [学会発表] 硫化銅インジウム微結晶膜を用いた光電気学的水素生成システム (2012)
  • 著者名/発表者名: 天野史章
  • 学会等名: 第109回触媒討論会
  • 発表場所: 東京工業大学(東京都)
  • 年月日: 2012-03-29
• [学会発表] チタンドープ酸化鉄薄膜電極の光電気化学特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 天野史章
  • 学会等名: 第108回触媒討論会
  • 発表場所: 北見工業大学(北海道)
  • 年月日: 2011-09-20
• [学会発表] 高活性光触媒の設計指針とは？
  • 著者名/発表者名: 天野史章
  • 学会等名: 触媒学会若手会「第24回フレッシュマンゼミナール」
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス（東京都）
  • 招待講演
• [学会発表] 酸化チタン光触媒に対する水素還元処理効果の検討
  • 著者名/発表者名: 中田 真嗣、天野史章
  • 学会等名: 第50回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: ＡＩＭビル３階展示場（福岡県）
• [学会発表] 水素還元処理したルチル型酸化チタン光触媒の物性評価
  • 著者名/発表者名: 中田 真嗣、天野史章
  • 学会等名: 第112回触媒討論会（触媒討論会A）
  • 発表場所: 秋田大学手形キャンパス（秋田県）
• [学会発表] Oxygen Vacancy Control of Rutile Titanium Dioxide Particles for Photocatalytic Oxygen Evolution from Water
  • 著者名/発表者名: 中田 真嗣、天野史章
  • 学会等名: The 6th Asia-Pacific Congress on Catalysis (APCAT-6)
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
• [学会発表] High-Temperature Calcination and Hydrogen Reduction of TiO2 Photocatalysts: An Efficient Method to Improve the Photocatalytic Activity
  • 著者名/発表者名: 天野史章
  • 学会等名: The 6th Asia-Pacific Congress on Catalysis (APCAT-6)
  • 発表場所: Taipei, Taiwan
• [学会発表] ルチル型酸化チタン光触媒の光吸収特性の評価
  • 著者名/発表者名: 中田 真嗣、天野史章
  • 学会等名: 石油学会北九州大会（第43回石油・石油化学討論会）
  • 発表場所: 北九州国際会議場 （福岡県）
• [学会発表] 異原子価カチオンをドープした酸化チタン光触媒の調製と活性評価
  • 著者名/発表者名: 濤﨑亮輔、天野史章
  • 学会等名: 第23回キャラクタリゼーション講習会
  • 発表場所: 九州大学筑紫キャンパス（福岡県）
• [学会発表] HIGHLY EFFICIENT RUTILE TITANIA PHOTOCATALYSTS FOR HYDROGEN EVOLUTION
  • 著者名/発表者名: 天野史章
  • 学会等名: the 2014 International Conference on Hydrogen Production (ICH2P-2014)
  • 発表場所: I2CNER Building, Kyushu University（福岡県）
• [学会発表] ルチル型酸化チタン光触媒への異原子価カチオンドープ効果
  • 著者名/発表者名: 濤﨑亮輔、天野史章
  • 学会等名: 第113回触媒討論会（触媒討論会A）
  • 発表場所: ロワジールホテル豊橋 （愛知県）
• [学会発表] チタン板表面上のルチル型酸化被膜の光触媒特性
  • 著者名/発表者名: 中田真嗣、天野史章
  • 学会等名: 第113回触媒討論会（触媒討論会A）
  • 発表場所: ロワジールホテル豊橋 （愛知県）
• [学会発表] 酸素欠陥を導入したルチル型化タン粒子の光触媒特性
  • 著者名/発表者名: 天野史章
  • 学会等名: 第113回触媒討論会（触媒討論会B）
  • 発表場所: ロワジールホテル豊橋 （愛知県）
• [学会発表] 酸素生成用光触媒の活性支配因子の検討
  • 著者名/発表者名: 天野史章
  • 学会等名: 第10 回触媒化学ワークショップ
  • 発表場所: 別府国際コンベンションセンター（大分県）
• [学会発表] 水の酸化用光触媒の活性支配因子の検討
  • 著者名/発表者名: 天野史章
  • 学会等名: 第110回触媒討論会A
  • 発表場所: 九州大学伊都キャンパス（福岡県）
• [学会発表] 平板状ナノ結晶子の集積化による光触媒材料高性能化
  • 著者名/発表者名: 天野史章
  • 学会等名: 平成24年度 触媒学会ナノ構造触媒研究会講演会
  • 発表場所: 京都テルサ（京都府）
  • 招待講演
• [学会発表] 光触媒反応の効率を決める要因と高活性光触媒の設計
  • 著者名/発表者名: 天野史章
  • 学会等名: 平成24年度 触媒学会西日本支部 九州地区講演会
  • 発表場所: 九州工業大学戸畑キャンパス（福岡県）
  • 招待講演
• [学会発表] インピーダンス法による酸化タングステン電極の光電気化学 特性評価
  • 著者名/発表者名: 天野史章
  • 学会等名: 第50回化学関連支部合同九州大会
  • 発表場所: ＡＩＭビル３階展示場（福岡県）
• [学会発表] 種々の導電性基板を用いて調製したWO3膜の光電極性能評価
  • 著者名/発表者名: 古賀 慎一朗、天野史章
  • 学会等名: 第23回キャラクタリゼーション講習会
  • 発表場所: 九州大学筑紫キャンパス（福岡県）
• [学会発表] 種々の導電性基板を用いて調製したWO3膜電極の光電気化学特性
  • 著者名/発表者名: 古賀 慎一朗、天野史章
  • 学会等名: 第113回触媒討論会（触媒討論会A）
  • 発表場所: ロワジールホテル豊橋 （愛知県）