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2018 年度 実績報告書

窒素ドープ酸化物ナノシートの作製と光誘起プロトン伝導の探索

公募研究

研究領域複合アニオン化合物の創製と新機能
研究課題/領域番号 17H05484
研究機関熊本大学

研究代表者

伊田 進太郎  熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 教授 (70404324)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワードナノシート / 窒素ドープ / 酸窒化物 / 光触媒 / 水蒸気電解 / 光誘起プロトン伝導
研究実績の概要

水分解光触媒において、一般的には水素生成用の助触媒を担持しないと、水分解反応は進行しにくいと考えられている。つまり、水素生成用の助触媒が担持されてない光触媒表面では、水の還元は進行しにくく、水の酸化は進行しやすいため、その表面に十分なエネルギーの光を照射すると、過渡的に水の酸化よりプロトン濃度が表面で上昇する可能性がある。そこで、本研究では光触媒活性を持つ可視光応答性のナノシートを合成し、このナノシート上で光照射時に過渡的に生成したプロトンを積極的に動かすことができるか調査した。また、この光によって誘起されたプロトン伝導(光誘起プロトン伝導)を用いて水蒸気の光電気化学分解が可能か検討した。その他、複合アニオンに関連する研究として、ヒドリドが関連する光触媒反応やナノシートを用いた光触媒に関する共同研究を実施した。その結果、可視光応答とする窒素ドープ-ストロンチウムタンタル酸化物ナノシートやカルシウムタンタル酸窒化物ナノシートの合成に成功し、可視光照射によりプロトン伝導度が向上することを確認した。また、開発したナノシート材料を用いて水蒸気の光電気化学分解が実施できるか評価したところ、水の理論分解電圧以下の1.0V、可視光照射で光電気化学的に水素の生成を確認できた。その他、領域内での共同研究で、ロジウムドープ酸化チタンナノシート上で光触媒の水素生成反応にヒドリド種が関与することや厚さが1ナノメートル程度の酸化チタンナノシートと水酸化ニッケルナノシートのpn接合の光電気化学特性を明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件、 招待講演 5件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Photoelectrochemical properties of a well-structured 1.3 nm-thick pn junction crystal2019

    • 著者名/発表者名
      Awaya Keisuke、Takashiba Akihide、Taniguchi Takaaki、Koinuma Michio、Ishihara Tatsumi、Ida Shintaro
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 55 ページ: 4586~4588

    • DOI

      10.1039/C9CC01039D

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Cocatalyst that Stabilizes a Hydride Intermediate during Photocatalytic Hydrogen Evolution over a Rhodium-Doped TiO2 Nanosheet2018

    • 著者名/発表者名
      Ida Shintaro、Sato Kenta、Nagata Tetsuya、Hagiwara Hidehisa、Watanabe Motonori、Kim Namhoon、Shiota Yoshihito、Koinuma Michio、Takenaka Sakae、Sakai Takaaki、Ertekin Elif、Ishihara Tatsumi
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 57 ページ: 9073~9077

    • DOI

      https://doi.org/10.1002/anie.201803214

    • 査読あり
  • [学会発表] 無機ナノシートを基材に用いた水分解光触媒の開発2018

    • 著者名/発表者名
      伊田進太郎
    • 学会等名
      第55回化学関連支部合同九州大会
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノシートの特徴を活かした水分解光触媒の開発2018

    • 著者名/発表者名
      伊田進太郎
    • 学会等名
      第10回酸化グラフェンシンポジウム
    • 招待講演
  • [学会発表] Rh-doped TiO2 ナノシート光触媒を用いた水素生成機構の理論的研究と反応中間体の観察2018

    • 著者名/発表者名
      伊田進太郎、永田哲也、鯉沼陸央、渡邊源規、石原達己
    • 学会等名
      第122回触媒討論会
  • [学会発表] Observation of one-atom-reaction center for hydrogen evolution using Rh doped oxide nanosheet photocatalyst2018

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Ida
    • 学会等名
      12th International Conference on Ceramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ultrathin Nanosheet pn-junction Photocatalyst for Water Splitting2018

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Ida
    • 学会等名
      ICPAC Langkawi 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Photoluminescence Properties of RE3+-doped Oxide Nanosheets and Layered Compounds2018

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Ida
    • 学会等名
      Phosphor Safari 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 半導体ナノシートの光機能2018

    • 著者名/発表者名
      日本化学会、伊田 進太郎
    • 総ページ数
      120
    • 出版者
      共立出版
    • ISBN
      978-4-320-04469-2

URL: 

公開日: 2019-12-27  

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