量子ドット型ソーラー燃料製造および太陽電池の開発

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13F03374
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 藤嶋 昭 東京理科大学, 学長室, 学長 (30078307)
• 研究分担者: PITCHAIMUTHU Sudhagar 東京理科大学, 学長室, 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 量子ドット / 光触媒 / 酸化チタン / 水分解 / 水素発生

研究実績の概要

本研究課題では半導体量子ドットを増感剤とした可視光応答型光触媒の開発を目指している．ナノ構造体の電子伝導，増感剤，触媒材料の結晶構造を制御し，光捕集機能に優れた電極触媒として働く光触媒材料を開発する．
本年度は共同研究も積極的に進め，研究内容と執筆に大きく係わった8件の論文を報告した（うち，2件は筆頭著者）．酸化チタンをベースとした光触媒ナノ粒子にドーピングを施すことで可視光にも応答した光触媒材料を開発した．ガドリニウムドープ酸化チタン，窒素ドープ酸化チタンに金ナノ粒子を担持したプラズモン効果を利用した材料，p型半導体である酸化銅と酸化チタンをハイブリッド化したpn接合型光電極，CdS量子ドット酸化チタン等を開発し，光アノードとして機能することを実証した．材料評価にはインピーダンス解析及びFDTD解析などを駆使し，材料設計の指針とした．また，効率よく水素発生させるために，アノード室に有機物のモデル化合物としてグルコースを添加することが効果的であることを見出した．これにより有機物を光電気化学的に分解もしくはセンシングするとともに，カソードで高効率に水素発生できることを明らかにした．

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

ナノ構造体と増感剤について様々な組み合わせを網羅的に検討し，水素発生の高効率化に成功している．今後はさらにグラフェン等の量子ドット材料との複合化を行う等，さらなる研究の進展が見込める．

今後の研究の推進方策

酸化チタンの性能を最大限に引き出せる増感剤の検討を行う．グラフェン以外にもFeSやMoS等の硫化物系光触媒との複合化により高効率水分解による水素製造に取り組む．

研究成果

• [雑誌論文] Facile synthesisofnanostructuredmonoclinicbismuth vanadatebyaco- precipitationmethod: Structural,optical and photocatalyticproperties (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Ravidhas, A. J. Josephine, P. Sudhagar, A. Devadoss, C. Terashima, K. Nakata, A. Fujishima, A. M. E. Raj, and C. Sanjeeviraja
  • 雑誌名: Mater. Sci. Semicond. Process. 巻: 30 ページ: 343-351
  • DOI: 10.1016/j.mssp.2014.10.026
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pt-free solar driven photoelectrochemical hydrogen fuel generation using 1T MoS2 co-catalyst assembled CdS QDs/TiO2 photoelectrode (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Raja, P. Sudhagar, A. Devadoss, C. Terashima, L. K. Shrestha, K. Nakata, R. Jayavel, K. Ariga, and A. Fujishima
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 51 ページ: 522-525
  • DOI: 10.1039/c4cc07304e
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced PhotoelectrocatalyticWater Splitting at Hierarchical Gd3+:TiO2 Nanostructures through Amplifying Light Reception and Surface States Passivation (2015)
  • 著者名/発表者名: P. Sudhagar, A. Devadoss, K. Nakata, C. Terashima, and A. Fujishima
  • 雑誌名: J. Electrochem. Soc. 巻: 162 ページ: H108-H114
  • DOI: 10.1149/2.0161503jes
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synergistic oxidation of NADH on bimetallic CoPt nanoparticles decorated carbon nitride nanotubes (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Devasoss, J.W. Lee, C. Terashima, A. Fujishima, Y.-P. Kim, J.K. Kang, U. Paik
  • 雑誌名: Sensors and Actuators B: Chemical 巻: 208 ページ: 204-211
  • DOI: 10.1016/j.snb.2014.11.013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-cleaning and superhydrophobic CuO coating by jet-nebulizer spray pyrolysis technique (2015)
  • 著者名/発表者名: S. S. Latthe, P. Sudhagar, C. Ravidhas, A. J. Christy, A. Devadoss, C. Terashima, K. Nakata, and A. Fujishima
  • 雑誌名: Cryst. Eng. Comm. 巻: 17 ページ: 2624-2628
  • DOI: 10.1039/c5ce00177c
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Three-dimensional Gd-doped TiO2 fibrous photoelectrodes for efficient visible light-driven photocatalytic performance (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Choi, P. Sudhagar, P. Lakshmipathiraj, J. W. Lee, A. Devadoss, S. Lee, T. Song, S. Hong, S. Eito, C. Terashima, T. H. Han, J. K. Kang, A. Fujishima, Y. S. Kang, and U. Paik
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 4 ページ: 11750-11757
  • DOI: 10.1039/c3ra46851h
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhanced photocatalytic performance at a Au/N-TiO2 hollow nanowire array by a combination of light scattering and reduced recombination (2014)
  • 著者名/発表者名: P. Sudhagar, A. Devadoss, T. Song, P. Lakshmipathiraj, H. Han, V. V. Lysak, C. Terashima, K. Nakata, A. Fujishima, U. Paik, and Y. S. Kang
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 16 ページ: 17758-17755
  • DOI: 10.1039/c4cp02009j
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Simultaneous glucose sensing and biohydrogen evolution from direct photoelectrocatalytic glucose oxidation on robust Cu2O-TiO2 electrodes (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Devasoss, P. Sudhagar, C. Ravidhas, R. Hishinuma, C. Terashima, K. Nakata, T. Kondo, I. Shitanda, M. Yuasa, and A. Fujishima
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 16 ページ: 21237-21242
  • DOI: 10.1039/c4cp03262d
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Green hydrogen-fuel generation from solar light driven photoelectrocatalytic water splitting (2014)
  • 著者名/発表者名: P. Sudhagar, C. Terashima, K. Nakata, A. Fujishima
  • 学会等名: International Conference on Sustainable Energy Technologies
  • 発表場所: PSG College of Technology, Coimbatore, India
  • 年月日: 2014-12-12 – 2014-12-12
  • 招待講演
• [学会発表] Tailoring spray coated P-type Cu2O photocathodes for solar driven hydrogen fuel generation from photoelectrocatalytic biomass reformation (2014)
  • 著者名/発表者名: P. Sudhagar, A. Devadoss, A. J. Christy, C. Ravidhas, C. Terashima, K. Nakata, A. Fujishima
  • 学会等名: ICARP2014
  • 発表場所: Awaji Yumebutai International Conference Center
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-25
• [学会発表] Photoelectrocatalytic Water Splitting Performance of Pure and Gd3+ doped TiO2 mesoporous electrodes (2014)
  • 著者名/発表者名: P. Sudhagar, L. Pandian, C. Terashima, K. Nakata, and A. Fujishima
  • 学会等名: IUMRS-ICA2014 Fukuoka
  • 発表場所: Fukuoka University
  • 年月日: 2014-08-29 – 2014-08-29