薬剤廃液処理のための可視光誘導型光分解触媒の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18F18387
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 笹木 圭子 九州大学, 工学研究院, 教授 (30311525)
• 研究分担者: SEKAR KARTHIKEYAN 九州大学, 工学(系)研究科(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: 光触媒 / 酸化銅 / ｐ型半導体 / 形態制御 / 還元剤 / コアシェル型複合体 / ヘテロジャンクション / 二酸化チタン

研究実績の概要

本研究では、p型半導体であるCu2Oの光触媒としての合成法について、形態制御、サイズ制御、副産物であるCuO, Cuとの複合化・成層様式、n型半導体との複合化などのさまざまなバリエーションを、構造的特性化および光学的特性化をしたうえで、フェノール系の薬剤物質の分解効率によって評価・検討したものである。
Cu2Oは低コストのp型半導体で、電子が存在することのできない価電子帯と伝導体のバンドギャップ（禁制帯）が2.17 eVであることから、可視光のエネルギーで電子励起が可能な可視光触媒となる。しかしながら、このバンドギャップの範囲でCu2Oは酸化還元反応を受けやすく、光学的安定性が乏しく、光化学反応のもととのある励起電子が容易に価電子帯に戻るという再結合を起こしやすい。これを克服すべく、これまでさまざまなCu2Oの構造上の改変の試みがなされてきたが、n型半導体であるTiO2との複合化がCu2Oの光酸化腐食を防ぎ、還元型酸化グラフェンとの複合化が比表面積の増大、バンドギャップの調節、励起電子の移動性の改善に効果的であることなどが明らかにされていた。
これらを背景として、本研究は、ナノスケールでCu2Oの形態制御、比較的資源量の豊富なTiO2との複合化法の改善、2次元材料であるグラフェンとの統合法の改善により、新規光触媒複合体の合成法を明らかにし、これを低濃度のフェノール系薬剤廃液の光触媒反応による分解無毒化に応用した。
本研究の成果は、3報の論文として公表し、さらに2編の論文を投稿中である。また、Materials Todayにbook chapter を発表し、Cu2Oの形態制御、サイズ制御、異種伝導体との接合様式の重要性を強調している。

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

• [国際共同研究] RMIT University(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: RMIT University
• [国際共同研究] Pennsylvania State University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Pennsylvania State University
• [国際共同研究] University of York/University of Edinburgh/Aston University(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of York/University of Edinburgh/Aston University
• [雑誌論文] Surfactant- and template-free hydrothermal assembly of Cu2O visible light photocatalysts for trimethoprim degradation (2021)
  • 著者名/発表者名: Sekar Karthikeyan、Chuaicham Chitiphon、Balijapalli Umamahesh、Li Wei、Wilson Karen、F. Lee Adam、Sasaki Keiko
  • 雑誌名: Applied Catalysis B: Environmental 巻: 284 ページ: 119741～119741
  • DOI: 10.1016/j.apcatb.2020.119741
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Hierarchical bismuth vanadate/reduced graphene oxide composite photocatalyst for hydrogen evolution and bisphenol A degradation (2021)
  • 著者名/発表者名: Sekar Karthikeyan、Kassam Ahmed、Bai Yang、Coulson Ben、Li Wei、Douthwaite Richard E.、Sasaki Keiko、Lee Adam F.
  • 雑誌名: Applied Materials Today 巻: 22 ページ: 100963～100963
  • DOI: 10.1016/j.apmt.2021.100963
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pompon Dahlia‐like Cu 2 O/rGO Nanostructures for Visible Light Photocatalytic H 2 Production and 4‐Chlorophenol Degradation (2020)
  • 著者名/発表者名: Karthikeyan Sekar、Ahmed Kassam、Osatiashtiani Amin、Lee Adam F.、Wilson Karen、Sasaki Keiko、Coulson Ben、Swansborough‐Aston Will、Douthwaite Richard E.、Li Wei
  • 雑誌名: ChemCatChem 巻: 12 ページ: 1699～1709
  • DOI: 10.1002/cctc.201902048
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Importance of ZnTiO3 Phase in ZnTi-Mixed Metal Oxide Photocatalysts Derived from Layered Double Hydroxide (2020)
  • 著者名/発表者名: Chuaicham Chitiphon、Karthikeyan Sekar、Song Jun Tae、Ishihara Tatsumi、Ohtani Bunsho、Sasaki Keiko
  • 雑誌名: ACS Applied Materials & Interfaces 巻: 12 ページ: 9169～9180
  • DOI: 10.1021/acsami.9b18785
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy-resolved distribution of electron traps for O/S-doped carbon nitrides by reversed double-beam photoacoustic spectroscopy and the photocatalytic reduction of Cr(vi) (2020)
  • 著者名/発表者名: Chuaicham Chitiphon、Karthikeyan Sekar、Pawar Radheshyam R.、Xiong Yihuang、Dabo Ismaila、Ohtani Bunsho、Kim Yoonyoung、Song Jun Tae、Ishihara Tatsumi、Sasaki Keiko
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 56 ページ: 3793～3796
  • DOI: 10.1039/C9CC09988C
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Fabrication and characterization of ternary sepiolite/g-C3N4/Pd composites for improvement of photocatalytic degradation of ciprofloxacin under visible light irradiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Chuaicham Chitiphon、Pawar Radheshyam Rama、Karthikeyan Sekar、Ohtani Bunsho、Sasaki Keiko
  • 雑誌名: Journal of Colloid and Interface Science 巻: 577 ページ: 397～405
  • DOI: 10.1016/j.jcis.2020.05.064
  • 査読あり
• [図書] Nanomaterials for sustainable energy and environmental remediation (2020)
  • 著者名/発表者名: N. Muthuchamy, S. Karthikeyan, Kang Hyun Park, Keiko Sasaki, Adam F. Lee
  • 総ページ数: 25
  • 出版者: Elsevier
  • ISBN: 978-0-12-819355-6