• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

Anodized Ti-Nb-Ta-Zr-O nanotubes: Interfacial charge dynamics and solar hydrogen production

研究課題

研究課題/領域番号 23K04369
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分26020:無機材料および物性関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

陳 君怡  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 准教授 (90707473)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2027-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2026年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2025年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
キーワードanodization / charge dynamics / photocatalyst / TNTZ / yolk shell structures / nanotubes
研究開始時の研究の概要

We presented a delicate anodization process for the preparation of quaternary Ti-Nb-Ta-Zr-O mixed-oxide (denoted as TNTZO) nanotube arrays. The superior photoactivity of TNTZO nanotubes over pristine TiO2 nanotubes originated from the introduction of Nd, Ta, and Zr elements for water splitting.

研究実績の概要

研究成果の概要(英文):By performing anodization on Ti29Nb13Ta4.6Zr (TNTZ) alloys,Ti-Nb-Ta-Zr-O mixed-oxide nanotube arrays with controllable geometric features were prepared. Compared with pristine TiO2, the TNTZO photoanodes exhibited noticeably enhanced photoactivity toward solar water splitting. The analytic results manifest that the superior photoactivity of TNTZO originated from the introduction of Nd, Ta, and Zr elements, which enhanced
the amount of accessible charge carriers, modified the electronic structure, and improved the hole-transfer kinetics for expediting water splitting. Furthermore, reducing the water content of the electrolyte to 0.9 vol % generated TNTZO nanotubes that can be fully depleted during photoelectrochemical (PEC) operations.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

Our research has achieved significant progress in the development of TNTZO nanotubes as visible light photocatalysts. Moreover, we have further advanced our work by synthesizing Au@Cu7S4 yolk@shell nanostructures. Under near-infrared (NIR) irradiation, the Au@Cu7S4 nanostructures exhibit pronounced localized surface plasmon resonance (LSPR) absorption effects. Due to the ability of Au to facilitate the separation of hot electrons and hot holes in Cu7S4, Au@Cu7S4 demonstrates excellent NIR photocatalytic activity. Specifically, under 2200 nm monochromatic light irradiation, we have achieved a record-breaking apparent quantum yield (AQY) for hydrogen production, reaching 7.3%. This significant achievement has recently been accepted for publication in the journal of Nature Communications.

今後の研究の推進方策

For the future work, the combination of TNTZO nanotubes-Au@Cu4S7 yolk@shell structures is expected to exhibit highly efficient photocatalytic activity under light irradiation. Firstly, the band alignment between TNTZO nanotubes and Au@Cu4S7 can effectively promote charge separation, enhancing carrier utilization and improving photocatalytic performance. Secondly, decoration with Au@Cu4S7 can sensitize TNTZO nanotubes to NIR light, increasing solar spectrum absorption and enabling NIR light activity.

報告書

(1件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 4件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] National Yang Ming Chiao Tung University(その他の国・地域)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Density‐Functional Theory Studies on Photocatalysis and Photoelectrocatalysis: Challenges and Opportunities2024

    • 著者名/発表者名
      Lin Chun‐Han、Rohilla Jyoti、Kuo Hsuan‐Hung、Chen Chun‐Yi、Mark Chang Tso‐Fu、Sone Masato、Ingole Pravin P.、Lo Yu‐Chieh、Hsu Yung‐Jung
    • 雑誌名

      Solar RRL

      巻: - 号: 10 ページ: 2300948-2300948

    • DOI

      10.1002/solr.202300948

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Dual-plasmonic Au@Cu7S4 yolk@shell nanocrystals for photocatalytic hydrogen production across visible to near infrared spectral region2024

    • 著者名/発表者名
      Tsao Chun-Wen、Narra Sudhakar、Kao Jui-Cheng、Lin Yu-Chang、Chen Chun-Yi、Chin Yu-Cheng、Huang Ze-Jiung、Huang Wei-Hong、Huang Chih-Chia、Luo Chih-Wei、Chou Jyh-Pin、Ogata Shigenobu、Sone Masato、Huang Michael H.、Chang Tso-Fu Mark、Lo Yu-Chieh、Lin Yan-Gu、Diau Eric Wei-Guang、Hsu Yung-Jung
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 15 号: 1 ページ: 413-413

    • DOI

      10.1038/s41467-023-44664-3

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Au@Cu2O core@shell nanocrystals as sustainable catalysts for efficient hydrogen production from ammonia borane2023

    • 著者名/発表者名
      Fang Mei-Jing、Lin Yu-Chang、Jan Jen-Yu、Lai Ting-Hsuan、Hsieh Ping-Yen、Kuo Ming-Yu、Chiu Yi-Hsuan、Tsao Chun-Wen、Chen Yi-An、Wang Yu-Ting、Hong Yi-Jia、Wu Jhen-Yang、Wu Yew Chung Sermon、Lin Yan-Gu、Chang Tso-Fu Mark、Chen Chun-Yi、Sone Masato、Chang Sue-Min、Chang Chung-Liang、Hsu Yung-Jung
    • 雑誌名

      Applied Catalysis B: Environmental

      巻: 324 ページ: 122198-122198

    • DOI

      10.1016/j.apcatb.2022.122198

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Metallization of 3D-Printed UV Photopolymer Structures by the Incorporation of Pd-Decorated Carbon Nanotubes2023

    • 著者名/発表者名
      Chen Chun-Yi、Cheng Po-Wei、Ichibayashi Taku、Chang Tso-Fu Mark、Sone Masato、Nishimura Suzushi
    • 雑誌名

      ACS Applied Nano Materials

      巻: 6 号: 6 ページ: 4584-4593

    • DOI

      10.1021/acsanm.3c00055

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of supercritical carbon dioxide soft particles on incorporation of titanium dioxide nanoparticles into nickel matrix2023

    • 著者名/発表者名
      Chien Yu-An、Chen Chun-Yi、Kurioka Tomoyuki、Sone Masato、Chang Tso-Fu Mark
    • 雑誌名

      Materials Chemistry and Physics

      巻: 302 ページ: 127703-127703

    • DOI

      10.1016/j.matchemphys.2023.127703

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] High strength Ni matrix TiO2 composites by supercritical CO2 assisted Co-electrodeposition with different sizes of TiO2 particle2023

    • 著者名/発表者名
      Chien Yu-An、Chen Chun-Yi、Kurioka Tomoyuki、Sone Masato、Chang Tso-Fu Mark
    • 雑誌名

      Micro and Nano Engineering

      巻: 20 ページ: 100219-100219

    • DOI

      10.1016/j.mne.2023.100219

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photocatalytic Fibers for Environmental Purification: Challenges and Opportunities in the Post‐Pandemic Era2023

    • 著者名/発表者名
      Wu Jhen-Yang、Chen Yi-An、Chien Yu-An、Kurioka Tomoyuki、Sone Masato、Chen Chun-Yi、Chang Tso-Fu Mark、Hsu Yung-Jung
    • 雑誌名

      Advanced Energy and Sustainability Research

      巻: 5 号: 2 ページ: 2300212-2300212

    • DOI

      10.1002/aesr.202300212

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Synthesis of Ti-Nb-Ta-Zr-O Nanotubes Array by Anodization and Its Application for Photoelectrochemical Water Splitting2024

    • 著者名/発表者名
      Chun-Yi Chen
    • 学会等名
      2024 TMS Annual Meeting & Exhibition
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ti-Nb-Ta-Zr-O Nanotubes Array by Anodization and Its Application for Photoelectrochemical Water Splitting2023

    • 著者名/発表者名
      Chun-Yi Chen
    • 学会等名
      2023 ICGET-Tw Meeting
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of Ti-Nb-Ta-Zr-O Nanotubes by Anodization for Hydrogen Production in Photoelectrochemical Water Splitting2023

    • 著者名/発表者名
      Chun-Yi Chen
    • 学会等名
      74th Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 可視-近赤外光に反応する高量子収率の新規光触媒を開発

    • URL

      https://www.titech.ac.jp/news/2024/068657

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2023-04-13   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi