量子ドット／ナノシートヘテロ構造体の創製と可視光水分解への応用

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18F18337
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 勝又 健一 東京理科大学, 基礎工学部材料工学科, 准教授 (70550242)
• 研究分担者: KHAN SOVANN 東京理科大学, 総合研究院, 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2018-11-09 – 2021-03-31
• キーワード: 半導体ナノシート / ソルボサーマル / 水分解 / 光触媒

研究実績の概要

本研究の目的は、ボトムアップ法による多孔質ナノシート合成と液相プロセスによる量子ドット合成を融合して量子ドット/ナノシートヘテロ構造体を創製し、太陽光エネルギーで水を分解して水素を生成できる光触媒を開発することである。具体的には、以下の研究項目を実施する。
・有機テンプレートを用いたZnSまたはZnO多孔質ナノシートの合成
・ハイドライド系量子ドットと多孔質ナノシートの複合化によるヘテロ構造の創製
・作製したヘテロ構造体の物性・光触媒特性（水分解水素生成能）の調査
2020年度は、ソルボサーマル法と熱処理を組み合わせることで、高い光触媒活性を有するZnS-ZnOナノシートによるヘテロ構造の作製を目指し、水分解水素生成能を調査した。ZnOは、ZnS/エチレンジアミンを空気雰囲気下で熱処理することにより、ZnSナノシート上に生成した。このとき、エチレンジアミンの分解により炭素がドープされ、可視光の吸収率が向上した。助触媒としてRhを光還元法によりZnS-ZnO粒子表面に担持した。光源として太陽光シミュレーターを用い、光照射下での水分解実験を行ったところ、犠牲剤を入れることなく水から水素を得ることができた。可視光域で高い活性を示したのは、炭素ドーピングによる欠陥生成による光吸収とZnS-ZnO間のZスキームヘテロ接合による効果的な電荷分離、そしてRh-助触媒/半導体間のショットキー接合によるものだと考えられた。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] One-pot synthesis of (anatase/bronze-type)-TiO2/carbon dot polymorphic structures and their photocatalytic activity for H2 generation (2020)
  • 著者名/発表者名: Khan Sovann、Kubota Yuta、Lei Wenwei、Suzuki Norihiro、Nakata Kazuya、Terashima Chiaki、Matsushita Nobuhiro、Fujishima Akira、Katsumata Ken-ichi
  • 雑誌名: Applied Surface Science 巻: 526 ページ: 146650～146650
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.146650
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-Pot Synthesis of Anatase, Rutile-Decorated Hydrogen Titanate Nanorods by Yttrium Doping for Solar H2 Production (2020)
  • 著者名/発表者名: Khan Sovann、Ikari Hiroshi、Suzuki Norihiro、Nakata Kazuya、Terashima Chiaki、Fujishima Akira、Katsumata Ken-ichi、Rodriguez-Gonzalez Vicente
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 5 ページ: 23081～23089
  • DOI: 10.1021/acsomega.0c02855
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] TiO2 nanoparticles for solar H2 production from water splitting (2020)
  • 著者名/発表者名: Sovann Khan
  • 学会等名: Virtual Seminar organized by Graduate School of Science, Royal University of Phnom Penh
  • 招待講演
• [学会発表] Anatase/bronze-type-TiO2/Carbon dots multi-junctioned photocatalyst for H2 generation (2020)
  • 著者名/発表者名: Sovann Khan, Yuta Kubota, Wenwei Lei, Norihiro Suzuki, Kazuya Nakata, Chiaki Terashima, Nobuhiro Matsushita, Akira Fujishima, Ken-ichi Katsumata
  • 学会等名: The 9th Global Conference on Materials Science and Engineering (CMSE 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Defect/bandgap engineering for improving photocatalytic activities of TiO2 and ZnS nanoparticles (2020)
  • 著者名/発表者名: Sovann Khan, Norihiro Suzuki, Chiaki Terashima, Akira Fujishima, Heechae Choi, Sohye Cho, Ken-ichi Katsumata
  • 学会等名: The International Conference on Advances in Materials Science (ICAMS2020)
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Handbook of Nanomaterials and Nanocomposites for Energy and Environmental Applications (2020)
  • 著者名/発表者名: Sovann Khan, Ken-ichi Katsumata, Vicente Rodriguez-Gonzalez, Chiaki Terashima, Akira Fujishima
  • 総ページ数: 1100
  • 出版者: Springer, Cham
  • ISBN: 978-3-030-11155-7
• [備考] 光触媒国際研究センター
  • URL: https://www.rs.tus.ac.jp/pirc/
• [備考] スペース・コロニー研究センター
  • URL: https://www.tus.ac.jp/rcsc/
• [備考] 東京理科大学 先進工学部 マテリアル創成工学科 安盛・勝又研究室
  • URL: http://yasumori-lab.moon.bindcloud.jp/