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光音響効果を用いた光触媒反応の「真の」量子効率測定

公募研究

研究領域光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製
研究課題/領域番号 20H05107
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関九州工業大学

研究代表者

村上 直也  九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 准教授 (10452822)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード光触媒 / 量子効率 / 光音響
研究開始時の研究の概要

量子効率は,半導体光触媒の性能を表す重要な指標でありながら,吸収光子量の把握が難しいが故に「見かけの」量子効率に置き換えられて評価されてきた.本研究は,光音響分光分析と光触媒反応系を組み合わせることによって,光触媒反応に由来する熱量変化を解析し,懸濁系光触媒反応の「真の」量子効率を測定することのできるシステムを確立する.初年度は,既報をもとに,アルミをドープしたチタン酸ストロンチウム粒子を合成し,これを用いて水の完全分解反応における「真の」量子効率分析システムの確立を行う.次年度は,様々な光触媒反応および光触媒材料に対して本システムによる解析を行い,測定結果の妥当性の検証を行う.

研究実績の概要

量子効率は,半導体光触媒の性能を表す重要な指標でありながら,粉末系の半導体光触媒においては吸収光子量の把握が難しいが故に「見かけの」量子効率に置き換えられて評価されてきた.本研究では,光音響分光分析と光触媒反応系を組み合わせることによって,光触媒反応に由来する熱量変化を解析し,粉末系光触媒反応の「真の」量子効率を測定することのできるシステムを確立することを目的に行った.研究開始初年度(R2年度)では,光音響分析装置,光触媒反応器,生成物分析装置(TCDのガスクロマトグラフ)が一体となった分析システムを構築し,アルミをドープしたチタン酸ストロンチウム(Al:SrTiO3)粒子を平面基板に固定した試料を用いて水蒸気を含むアルゴンガス流通下で水分解反応を行ったところ,得られた「真の」量子効率の妥当性を確認している.2年目(R3年度)は,温度コントローラー,温湿度計,ガスサンプラ―を分析系に組み込むことで,装置の拡張を行った.様々な,湿度・温度条件において検討を行ったところ,光触媒反応の進行に由来する発生熱量と「見かけの」量子効率の間の相関関係によって得られる光吸収効率(光照射波長:365 nm)は,いずれの条件においても同等の値を示しており,「真の」量子効率としても妥当な結果を得ることができた.今後は,本分析システムを懸濁系光触媒の反応系に拡張し検討を行う予定である.
また,2年目(R3年度)は,平成30~令和元年度の新学術領域研究(公募)において確立した半導体光電極の「真の」量子効率測定システムを拡張し,種々の発光波長を有する発光ダイオード(LED)を光源として用いることによって,バナジン酸ビスマス(BiVO4)/FTO光電極の量子収率測定の照射波長依存性を行った.光照射方向(BiVO4サイド,FTOサイド)によって「真の」量子効率の照射波長依存性が大きく異なることが明らかとなった.

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Fe(III)-Pt(II) oxide-co-sensitized brookite TiO2 nanorods for photocatalytic degradation of acetaldehyde under visible light2022

    • 著者名/発表者名
      Cao Yu、Lou Shi Nee、Wang Sicong、Yang Hui、Zhang Qitao、Wang Chengyin、Murakami Naoya、Ohno Teruhisa
    • 雑誌名

      Applied Catalysis A: General

      巻: 634 ページ: 118539-118539

    • DOI

      10.1016/j.apcata.2022.118539

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Accumulation Process of Photogenerated Electrons in Titanium(IV) Oxide Photocatalyst Particles: Photoacoustic Infrared Spectroscopy Study2022

    • 著者名/発表者名
      Shinoda Tatsuki、Murakami Naoya
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 126 号: 10 ページ: 4889-4898

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.2c00603

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] In situ photoacoustic analysis of near-infrared absorption of rhodium-doped strontium titanate photocatalyst powder2020

    • 著者名/発表者名
      Shinoda Tatsuki、Yamaguchi Yuichi、Kudo Akihiko、Murakami Naoya
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 56 号: 91 ページ: 14255-14258

    • DOI

      10.1039/d0cc06414a

    • NAID

      120007166952

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Simultaneous Measurements of Photoabsorption and Photoelectrochemical Performance for Thickness Optimization of a Semiconductor Photoelectrode2020

    • 著者名/発表者名
      Murakami Naoya、Watanabe Ryo
    • 雑誌名

      ACS Combinatorial Science

      巻: 22 号: 12 ページ: 791-795

    • DOI

      10.1021/acscombsci.0c00113

    • NAID

      120007166970

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of Plasmonic Photocatalyst by Site‐selective Loading of Bimetallic Nanoparticles of Au and Ag on Titanium(IV) Oxide2020

    • 著者名/発表者名
      Zheng Zhi、Murakami Naoya、Liu Jingjing、Teng Zhenyuan、Zhang Qitao、Cao Yu、Cheng Honghui、Ohno Teruhisa
    • 雑誌名

      ChemCatChem

      巻: 12 号: 14 ページ: 3783-3792

    • DOI

      10.1002/cctc.202000366

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 光音響測定にもとづく酸化チタン(IV)光触媒におけるトラップ電子の生成過程の解明2021

    • 著者名/発表者名
      篠田樹, 村上直也
    • 学会等名
      第58回化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 二酸化チタン中の蓄積電子を用いたアンモニア生成2021

    • 著者名/発表者名
      末永真里, 村上直也
    • 学会等名
      第58回化学関連支部合同九州大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 光音響分光法を用いた酸化チタン粒子中の欠陥準位の検出と電子蓄積過程の観察2021

    • 著者名/発表者名
      篠田 樹、村上 直也
    • 学会等名
      電気化学会第88回大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 赤外光音響分光法による粉末光触媒の電子トラップ準位の評価2021

    • 著者名/発表者名
      篠田 樹、村上 直也
    • 学会等名
      第127回触媒討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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