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2020 年度 実績報告書

サブナノ空間における混合原子価を用いた新規太陽光水分解用光触媒の創出

研究課題

研究課題/領域番号 18K04840
研究機関防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)

研究代表者

田邉 豊和  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), 電気情報学群, 講師 (50509130)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード太陽光水分解 / 光触媒 / 水素生成 / 混合原子価酸化物
研究実績の概要

光触媒による太陽光水分解は、シンプルかつクリーンなシステムであり、利用価値の高い水素を太陽光によって直接生成できる利点を持つ。可視光水分解光触媒には特定の電子配置 (ns)2,(nd)10による混成軌道の形成が重要であるという触媒設計指針に沿って、(ns)2,(nd)10が安定的に酸化物中に存在できるとされる金属元素、特にアンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)の混合原子価酸化物の合成を試みること、ならびに可視光水分解への有効性を評価することを目的とした。
前年度まで(H30,H31年度)において、新規のアンチモン(Sb)およびビスマス(Bi)系混合原子価酸化物の合成に成功し、光触媒特性の評価を行うことができた。R2年度においては、当該材料系が層状構造を有しており成長方向を制御することで超薄膜化が可能であることに着目し、混合原子価酸化物の超薄膜化による水素発生能の向上を試みた。構造規定剤としてPVP(ポリビニルピロリドン)を水熱合成前駆体溶液に加えることで、本研究の起点材料である混合原子価Sn3O4の板状試料の厚みを2nm程度まで超薄膜化することが可能であることを見出した。可視光照射下での水素発生反応において従来のバルクSn3O4よりも超薄膜化Sn3O4は2倍以上の水素生成速度を達成した。光還元による金属イオン還元実験により超薄膜のエッジ部が水素発生反応サイトとして機能していること、さらに光吸収実験により超薄膜化によりハンドギャップが拡張し、伝導帯の下端の負側へのシフトによる励起電子の還元能の向上が水素生成活性の促進につながっていることが明らかになった。本研究で合成した混合原子価酸化物及び超薄膜化法は、貴金属助触媒を使用することなく水素発生可能であるため、今後の太陽光水分解用光触媒材料として有用である。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (1件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Solar hydrogen evolution over native visible-light-driven Sn3O42020

    • 著者名/発表者名
      Tanabe Toyokazu、Tanikawa Tatsuhiro、Nakamori Katsutoshi、Ueda Shigenori、Nanzai Ben、Matsubara Yasuo、Matsumoto Futoshi
    • 雑誌名

      International Journal of Hydrogen Energy

      巻: 45 ページ: 28607~28615

    • DOI

      10.1016/j.ijhydene.2020.07.160

    • 査読あり
  • [学会発表] 単純スズ酸化物を用いた太陽光水分解用光触媒の創出2021

    • 著者名/発表者名
      田邉豊和
    • 学会等名
      第38回無機材料に関する最近の研究成果発表会, (公財)日本板硝子材料工学助成会
    • 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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