機能分離された多層構造を有する水分解用光触媒の開発と速度論的解析

• 研究課題/領域番号: 25810112
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: エネルギー関連化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 久富 隆史 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (00637481)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2013年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 光触媒 / コアシェル構造 / ドーピング / 太陽エネルギー / 水素 / 水分解 / 半導体物性 / 触媒・化学プロセス

研究成果の概要

高結晶性コアと光吸収シェルからなる機能性多層構造を特徴とする不純物ドープされたSrTiO3光触媒を設計し，現在広く研究されているSrTiO3:Rhよりも活性な光触媒を開発することを試みた．高結晶性のSrTiO3をコアとし，LaRhO3成分に富んだSrTiO3シェルを形成させることで，SrTiO3:Rhと同等かより優れる水素生成活性を示すSrTiO3:La,Rh光触媒を合成することができた．さらに、水素生成光触媒と酸素生成光触媒を同一の導電層上に固定化することが二段階光励起による水分解反応の高活性化に有効であることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Photocatalytic Water-Splitting Reaction from Catalytic and Kinetic Perspectives (2015)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hisatomi, Kazuhiro Takanabe, Kazunari Domen
  • 雑誌名: Catalysis Letters 巻: 145 号: 1 ページ: 95-108
  • DOI: 10.1007/s10562-014-1397-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Z-scheme Water Splitting Using Particulate Semiconductors Immobilized onto Metal Layers for Efficient Electron Relay (2015)
  • 著者名/発表者名: Qian Wang, Yanbo Li, Takashi Hisatomi, Mamiko Nakabayashi, Naoya Shibata, Jun Kubota, Kazunari Domen
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 巻: 未定 ページ: 308-315
  • DOI: 10.1016/j.jcat.2014.12.006
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Site-selective photodeposition of Pt on a particulate Sc-La5Ti2CuS507 photocathode : evidence for one-dimensional charge transfer (2015)
  • 著者名/発表者名: G. Ma, J. Liu, T. Hisatomi, T. Minegishi, Y. Moriya, M. Iwase, H. Nishiyama, M. Katayama, T. Yamada, K. Domen
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 51 号: 20 ページ: 4302-4305
  • DOI: 10.1039/c4cc10297e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Positive Onset Potential and Stability of Cu2O-based Photocathodes in Water Splitting by Atomic Layer Deposition of a Ga2O3 Buffer Layer (2015)
  • 著者名/発表者名: Changli Li, Takashi Hisatomi, Osamu Watanabe, Mamiko Nakabayashi, Naoya Shibata, Kazunari Domen, Jean-Jacques Delaunay
  • 雑誌名: Energy and Environmental Science 巻: 未定 号: 5 ページ: 1493-1500
  • DOI: 10.1039/c5ee00250h
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Surface modification of the CoOx loaded BiVO4 photoanodes with ultrathin p-type NiO layers for the improved solar water oxidation (2015)
  • 著者名/発表者名: Miao Zhong, Takashi Hisatomi, Yongbo Kuang, Jiao Zhao, Min Liu, Akihide Iwase, Qingxin Jia, Hiroshi Nishiyama, Tsutomu Minegishi, Mamiko Nakabayashi, Naoya Shibata, Ryo Niishiro, Chisato Katayama, Hidetaka Shibano, Masao Katayama, Akihiko Kudo, Taro Yamada, Kazunari Domen
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 未定 号: 15 ページ: 5053-5060
  • DOI: 10.1021/jacs.5b00256
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Core/Shell Structured La- and Rh-codoped SrTiO3 as a Hydrogen Evolution Photocatalyst in Z-scheme Overall Water Splitting under Visible Light Irradiation (2014)
  • 著者名/発表者名: Q. Wang, T. Hisatomi, S.S.K. Ma, Y. Li, K. Domen
  • 雑誌名: Chem. Mater 巻: 26 号: 14 ページ: 4144-4150
  • DOI: 10.1021/cm5011983
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photoelectrochemical properties of SrNbO2N photoanodes for water oxidation fabricated by the particle transfer method (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Urabe, T. Hisatomi, T. Minegishi, J. Kubota, K. Domen
  • 雑誌名: Faraday Discuss 巻: 176 ページ: 213-223
  • DOI: 10.1039/c4fd00122b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of Photocatalytic Water Oxidation by the Morphological Control of LaTiO2N and Cobalt Oxide Catalysts (2014)
  • 著者名/発表者名: Alexandra E. Maegli, Simone Pokrant, Takashi Hisatomi, Matthias Trottmann, Kazunari Domen, and Anke Weidenkaff
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 未定 号: 30 ページ: 16344-16351
  • DOI: 10.1021/jp4084162
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancing photocatalytic activity of LaTiO2N by removal of surface reconstruction layer (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Matsukawa, R. Ishikawa, T. Hisatomi, Y. Moriya, N. Shibata, J. Kubota, Y. Ikuhara and K. Domen
  • 雑誌名: Nano Lett. 巻: 14 号: 2 ページ: 1038-1041
  • DOI: 10.1021/nl404688h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improving the photoelectrochemical activity of La5Ti2CuS507 for hydrogen evolution by particle transfer and doping (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Liu, T. Hisatomi, G. Ma, A. Iwanaga, T. Minegishi, Y. Moriya, M. Katayama, J. Kubota, K. Domen
  • 雑誌名: Energy Environ. Sci. 巻: 7 号: 7 ページ: 2239-2242
  • DOI: 10.1039/c4ee00091a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Preparation Conditions of BaNbO2N Photocatalyst on its Physical Properties (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hisatomi, Chisato Katayama, Kentaro Teramura, Tsuyoshi Takata, Yosuke Moriya, Tsutomu Minegishi, Masao Katayama, Hiroshi Nishiyama, Taro Yamada, Kazunari Domen
  • 雑誌名: ChemSusChem 巻: 未定 号: 7 ページ: 2016-2021
  • DOI: 10.1002/cssc.201400121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent advances in semiconductors for photocatalytic and photoelectrochemical water splitting (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hisatomi, Jun Kubota, Kazunari Domen
  • 雑誌名: Chemical Society Reviews 巻: 未定 号: 22 ページ: 7520-7535
  • DOI: 10.1039/c3cs60378d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocatalytic oxygen evolution using BaNbO2N modified with cobalt oxide under photoexcitation up to 740 nm (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Hisatomi, C. Katayama, Y. Moriya, T. Minegishi, M. Katayama, H. Nishiyama, T. Yamada, K. Domen
  • 雑誌名: ENERGY & ENVIRONMENTAL SCIENCE 巻: 6 号: 12 ページ: 3595-3599
  • DOI: 10.1039/c3ee42951b
  • 査読あり
• [学会発表] Z-scheme Water Splitting Using Particulate Semiconductors Immobilized onto Metal Layers (2015)
  • 著者名/発表者名: Qian Wang, Takashi Hisatomi, Yanbo Li, Mamiko Nakabayashi, Naoya Shibata, Jun Kubota, Kazunari Domen
  • 学会等名: International Conference on Light Driven Water Splitting Using Semiconductor Based Devices
  • 発表場所: Mallorca, Spain
  • 年月日: 2015-03-11
• [学会発表] Photoelectrochemical Properties of SrNbO2N Photoanodes for Water Oxidation Fabricated by the Particle Transfer Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Haruki Urabe, Takashi Hisatomi, Tsutomu Minegishi, Jun Kubota, Kazunari Domen,
  • 学会等名: Next-Generation Materials for Energy Chemistry: Faraday Discussion 176
  • 発表場所: Xiamen, China
  • 年月日: 2014-10-28
• [学会発表] 助触媒で修飾されたBaNbO2Nの光触媒活性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 久富隆史, 片山知里, 守屋映祐, 嶺岸耕, 片山正士, 西山洋, 山田太郎, 堂免一成
  • 学会等名: 第114回触媒討論会
  • 発表場所: 東広島市, 広島大学
  • 年月日: 2014-09-27
• [学会発表] La- and Rh-codoped SrTiO3 as a Hydrogen Evolution Photocatalyst in Z-scheme Water Splitting (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hisatomi, Qian Wang, Yanbo Li, Su Su Khine Ma, Kazunari Domen
  • 学会等名: International Conference on New Advances in Materials Research for Solar Fuels Production
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 2014-06-25
• [学会発表] Oxygen evolution using BaNbO2N under visible light illumination (l < 740 nm) (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hisatomi, Chisato Katayama, Tsutomu Minegishi, Masao Katayama, Hiroshi Nishiyama, Taro Yamada, Kazunari Domen
  • 学会等名: The Seventh Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT7)
  • 発表場所: KyotoTERRSA, Kyoto, Japan
  • 年月日: 2014-06-04
• [学会発表] Metal (Oxy)nitrides for Oxygen Evolution Reaction under Visible Light Irradiation (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Hisatomi, Kazunari Domen
  • 学会等名: European Materials Research Society Spring Meeting
  • 発表場所: Lille, France
  • 年月日: 2014-05-27
  • 招待講演
• [学会発表] Preparation ofLa and Rh co-doped SrTiO3 and its application as a H2 evolution photocatalyst in Z-scheme water splitting
  • 著者名/発表者名: Qian WANG, Takashi HISATOMI, Kazunari DOMEN
  • 学会等名: 第112回触媒討論会
  • 発表場所: 秋田大学手形キャンパス
• [学会発表] Photocatalytic H2 evolution activity of La and Rh codoped SrTiO3 powder prepared by the two-step solid-state reaction
  • 著者名/発表者名: WANG, Qian; HISATOMI, Takasi; DOMEN, Kazunari
  • 学会等名: 日本化学会第94春季年回
  • 発表場所: 名古屋大学 東山キャンパス
• [学会発表] 半導体光触媒の結晶性制御と水分解活性
  • 著者名/発表者名: 久富隆史, 堂免一成
  • 学会等名: 第37回結晶成長討論会
  • 発表場所: 長野勤労者いこいの村アゼィリア飯綱
  • 招待講演
• [図書] From Molecules to Materials: Pathways to Artificial Photosynthesis (2015)
  • 著者名/発表者名: Guijun Ma, Takashi Hisatomi, Kazunari Domen
  • 総ページ数: 321
  • 出版者: Springer
• [産業財産権] 光触媒積層体及びその製造方法 (2014)
  • 発明者名: 堂免一成, 久富隆史, 王謙, 仮屋伸子
  • 権利者名: 東京大学、三菱化学、人工光合成化学プロセス技術研究組合
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-286898
  • 出願年月日: 2014-09-12