分子系及び半導体系光触媒の動的機能に関する実験・理論解析

2021 年度 実績報告書

• 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: 17H06438
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 野澤 俊介 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (20415053)
• 研究分担者: 山下 晃一 京都大学, 実験と理論計算科学のインタープレイによる触媒・電池の元素戦略研究拠点ユニット, 特任教授 (40175659)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: 時間分解XAFS / 光触媒反応 / 動的構造解析 / 超高速X線分光 / XFEL

研究実績の概要

領域内共同研究として、X線とレーザーを相補的に利用した、光触媒反応過程における過渡的構造の可視化に関する研究が、精力的実施された、例えば、オペランドXAFS, FTIRによる反応ダイアグラムの追跡を実施した研究では、Re錯体におけるCO2光還元反応について、オペランドXAFSとFTIRを相補的に利用し、DFT計算を用いた解析を行うことで、構造的な視点から反応ダイアグラムを決定することに成功した[Y. Kou, S. Nozawa(B02班), H. Inoue(C01班), J. Catal. v405, 508 (2022).]。また、EXAFSとIR測定のピコ時間分解（TR）測定を用いたRe錯体3重項励起状態の構造決定した研究では、CO2還元光触媒であるRe錯体について、TR-EXAFSで金属周りの過渡局所構造を、TR-IRで配位子の過渡分子構造を、ピコ秒領域で計測し、3重項励起状態の長寿命化の原因となる分子全体の大きな構造変化について可視化することに成功した[Y. Shimoda, O. Ishitani(C02班), S. Nozawa(B02班), K. Onda(B公募), Inorg. Chem.160;v60, 7773-7784 (2021).]。

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。

研究成果

• [国際共同研究] KAIST/Pusan National University/YONSEI University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: KAIST/Pusan National University/YONSEI University
  • 他の機関数: 1
• [国際共同研究] European XFEL GmbH/University of Hamburg/Deutsches Elektronen- Synchrotron(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: European XFEL GmbH/University of Hamburg/Deutsches Elektronen- Synchrotron
• [国際共同研究] ELI-ALPS(ハンガリー)
  • 国名: ハンガリー
  • 外国機関名: ELI-ALPS
• [雑誌論文] Mechanism of the photoreduction of carbon dioxide catalyzed by the benchmarking rhenium dimethylbipyridine complexes; operando measurements by XAFS and FT-IR (2022)
  • 著者名/発表者名: Kou Y., Nabetani Y., Nakazato R., Pratheesh N.V., Sato T., Nozawa S., Adachi S.-I., Tachibana H., Inoue H.
  • 雑誌名: Journal of Catalysis 巻: 405 ページ: 508
  • DOI: 10.1016/j.jcat.2021.11.020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conceptual design of the Hybrid Ring with superconducting linac (2022)
  • 著者名/発表者名: Harada K., Funamori N., Yamamoto N., Shimosaki Y., Shimada M., Miyajima T., Umemori K., Sakai H., Nakamura N., Sakanaka S., Kobayashi Y., Honda T., Nozawa S., Nakao H., Niwa Y., Wakabayashi D., Amemiya K., Igarashi N.
  • 雑誌名: Journal of Synchrotron Radiation 巻: 29 ページ: 118
  • DOI: 10.1107/S1600577521012753
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanism of H+ dissociation_induced O_O bond formation via intramolecular coupling of vicinal hydroxo ligands on low-valent Ru(III) centers (2021)
  • 著者名/発表者名: Tanahashi Y., Takahashi K., Tsubonouchi Y., Nozawa S., Adachi S.-I., Hirahara M., Mohamed E.A., Zahran Z.N., Saito K., Yui T., Yagi M.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 118 ページ: e2113910118
  • DOI: 10.1073/pnas.2113910118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation between ferromagnetism and dopant 3 d metal-oxygen hybridized state lying at the bottom of conduction band in ZnO-based diluted magnetic semiconductor system (2021)
  • 著者名/発表者名: Tsukahara T., An S., Otsuru S., Tezuka Y., Nozawa S., Adachi J., Akashi K., Inagaki Y., Kawae T., Ishii H., Liao Y.-F., Kida T., Suehiro S., Nantoh M., Ishibashi K., Ishiwata Y.
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 130 ページ: 243904
  • DOI: 10.1063/5.0066697
  • 査読あり
• [雑誌論文] PbBi3O4X3 (X = Cl, Br) with Single/Double Halogen Layers as a Photocatalyst for Visible-Light-Driven Water Splitting: Impact of a Halogen Layer on the Band Structure and Stability (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H., Higashi M., Tomita O., Ishii Y., Yamamoto T., Kato D., Kotani T., Ozaki D., Nozawa S., Nakashima K., Fujita K., Saeki A., Kageyama H., Abe R.
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 33 ページ: 9580
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c02876
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature dependence of electronic structure on the ferroelectric phase transition of BaTiO3 (2021)
  • 著者名/発表者名: Tezuka Y., Nozawa S., Nakajima N., Iwazumi T.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 104 ページ: 235148
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.104.235148
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural dynamics of c2f4i2 in cyclohexane studied via time-resolved x-ray liquidography (2021)
  • 著者名/発表者名: Gu J., Lee S., Eom S., Ki H., Choi E.H., Lee Y., Nozawa S., Adachi S.-I., Kim J., Ihee H.
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 22 ページ: 9793
  • DOI: 10.3390/ijms22189793
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Control of the Photocatalytic Activity of Metastable Layered Oxynitride K2LaTa2O6N through Topochemical Transformation of Tuned Oxide Precursors (2021)
  • 著者名/発表者名: Mogi H., Kato K., Yasuda S., Kanazawa T., Miyoshi A., Nishioka S., Oshima T., Tang Y., Yokoi T., Nozawa S., Yamakata A., Maeda K.
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 33 ページ: 6443
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c01726
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vapochromic behaviour of a nickel(ii)-quinonoid complex with dimensional changes between 1D and higher (2021)
  • 著者名/発表者名: Yano R., Yoshida M., Tsunenari T., Sato-Tomita A., Nozawa S., Iida Y., Matsunaga N., Kobayashi A., Kato M.
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 50 ページ: 8696
  • DOI: 10.1039/d1dt00269d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of transformation toughening of zirconia ceramics during dynamic fracture (2021)
  • 著者名/発表者名: Takagi S., Inukai K., Kawai N., Nozawa S., Kyono A., Fukaya R., Adachi S.-I., Ichiyanagi K.
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 118 ページ: 231901
  • DOI: 10.1063/5.0044607
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determining Excited-State Structures and Photophysical Properties in Phenylphosphine Rhenium(I) Diimine Biscarbonyl Complexes Using Time-Resolved Infrared and X-ray Absorption Spectroscopies (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimoda Y., Miyata K., Funaki M., Ehara T., Morimoto T., Nozawa S., Adachi S.-I., Ishitani O., Onda K.
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 60 ページ: 7773
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.1c00146
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffracted X-ray blinking measurements of interleukin 15 receptors in the inner/outer membrane of living NK cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Chang J., Baek Y., Lee I., Sekiguchi H., Ichiyanagi K., Mio K., Nozawa S., Fukaya R., Adachi S.-I., Kuramochi M., Sasaki Y.C.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 556 ページ: 53
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.03.144
  • 査読あり
• [学会発表] FeOOHを触媒としたCO2光還元反応 (2022)
  • 著者名/発表者名: An Daehyeon、西岡駿太、金澤知器、野澤俊介、前田和彦
  • 学会等名: 第129回触媒討論会
• [学会発表] 酸水素化物BaTiO3-xHxを触媒とした電気化学的なCO2還元反応系の構築 (2022)
  • 著者名/発表者名: 金澤知器、清水彬光、山本壱成、西岡駿太、加藤大地、野澤俊介、陰山洋、前田和彦
  • 学会等名: 第129回触媒討論会
• [学会発表] FeOOH担持Al2O3触媒とRu光増感剤を用いた可視光CO2還元 (2022)
  • 著者名/発表者名: 安大賢、西岡駿太、金澤知器、野澤俊介、前田和彦
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] C3N4へのプラズマ表面改質によるRuRu超分子光触媒と複合化したCO2還元反応における耐久性向上 (2022)
  • 著者名/発表者名: 榊原教貴、 静野充彦、 金澤知器、 山方啓、 野澤俊介、 伊藤剛仁、 寺嶋和夫、 前田和彦、 石谷治
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] 不均一系金属酸化物ナノ粒子触媒の水の酸化反応に対する擬過電圧測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡崎 めぐみ、山_ 康臣、野澤 俊介、石谷 治、前田 和彦
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] 酸水素化物を用いた電気化学的CO2多電子還元反応 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山本壱成、西岡駿太、金澤知器、野澤俊介、加藤 大地、陰山 洋、前田和彦
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] 超高速時間分解XAFS測定法による半導体から助触媒への電荷移動観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 金澤 知器、Dongxiao Fan、春木 理恵、深谷 亮、三好 亮暢、西岡 駿太、前田 和彦、足立伸一
  • 学会等名: 日本化学会 第102春季年会
• [学会発表] Aサイト秩序型ペロブスカイトCaCu3Ti4O12の電子構造の角度依存性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 手塚泰久, 浅利真人, 加藤梨紗, 任皓駿, 渡辺孝男, 野澤俊介, 中島伸夫, 岩住俊明
  • 学会等名: 日本物理学会 第77回年次大会
• [学会発表] 共鳴X線ラマン散乱による遷移金属酸化物の非占有電子構造の研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 手塚 泰久、浅利 真人、加藤 梨紗、野澤 俊介、 中島 伸夫、岩住 俊明
  • 学会等名: 第35回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
• [学会発表] Basic Mechanism and Potential Application of Ferroelectric Quantum Phase Transition: The Representative Case of SrTiO3 (2021)
  • 著者名/発表者名: Dongxiao Fan, Shunsuke Nozawa, Nobuo Nakajima, Andris Anspoks, Takafumi Miyanaga
  • 学会等名: 日本応用物理学会 第69回春季講演会
• [学会発表] 液中プラズマを用いたC3N4の表面改質およびRuRu超分子光触媒と複合化した光触媒におけるCO2還元反応の耐久性向上 (2021)
  • 著者名/発表者名: 榊原 教貴、静野 充彦、金澤 知器、加藤 康作、山方 啓、野澤 俊介、伊藤 剛仁、寺嶋 和夫、前田 和彦、石谷 治
  • 学会等名: 日本応用物理学会 第69回春季講演会
• [学会発表] Effect of Nitrogen/Fluorine Codoping on the Photocatalytic Activity of Rutile TiO2 (2021)
  • 著者名/発表者名: Akinobu Miyoshi, Junie Jhon M. Vequizo, Akihide Kuwabara, Shunta Nishioka, Shunsuke Yamashita, Shunsuke Nozawa, Akira Yamakata, Koji Kimoto, Kazuhiko Maeda
  • 学会等名: International Conference on Mixed-Anion Compounds
  • 国際学会
• [学会発表] Probing photoinduced spin/orbital dynamics in LaCoO3 thin films with time-resolved x-ray diffraction (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Fukaya, Y. Yamasak, H. Nakao, S. Nozawa, J. Adachi, J. Fujioka, Y. Tokura and S. Adachi
  • 学会等名: 7th International Conference on Photoinduced Phase Transitions
  • 国際学会
• [学会発表] 共鳴X線ラマン散乱による遷移金属酸化物の非占有電子構造の研究II (2021)
  • 著者名/発表者名: 手塚泰久, 浅利真人, 加藤梨紗, 野澤俊介, 中島伸夫, 岩住俊明
  • 学会等名: 日本物理学会 2021年秋季大会
• [学会発表] ポンププローブ型時間分解XAFS測定を用いた光照射下における半導体表面の助触媒観測 (2021)
  • 著者名/発表者名: 金澤 知器、春木 理恵、深谷 亮、前田 和彦、足立 伸一、野澤 俊介
  • 学会等名: 第128回触媒討論会
• [学会発表] Transient-excited States of Visible-light-responsi… (2021)
  • 著者名/発表者名: Dongxiao FAN , Shunsuke NOZAWA , Kenta WATANABE , Akihiko KUDO
  • 学会等名: 2021年 光化学討論会
• [学会発表] 助触媒担持によるPb2Ti2O5.4F1.2光触媒の水素生成活性の向上 (2021)
  • 著者名/発表者名: 相原賢太、 加藤康作、 内山智貴、 金澤知器、 野澤俊介、 岡研吾、 山方啓、 内本喜晴、 前田和彦
  • 学会等名: 第128回触媒討論会
• [学会発表] XFEL を用いた金シアノ錯体の結合形成過程における反応経路の可視化 (2021)
  • 著者名/発表者名: 野澤俊介，深谷 亮，一柳光平，佐藤篤志，足立伸一
  • 学会等名: 第32回配位化合物の光化学討論会
• [学会発表] Investigation of carrier injection from semiconductor photocatalyst to cocatalyst by time-resolved XAFS (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Kanazawa
  • 学会等名: International solar fuels conference 2021
  • 国際学会
• [学会発表] CrOx系複合助触媒の選択的光励起キャリア捕捉能にもとづく光触媒水素生成の促進 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小谷哲、 小川幹太、 鈴木肇、 冨田修、 加藤康作、 山方啓、 野澤俊介、 坂本良太、阿部竜
  • 学会等名: 第40回光がかかわる触媒化学シンポジウム