2014 Fiscal Year Annual Research Report
グラフェン状シート材料／ＴｉＯ２界面の光触媒活性の理論的研究
| Project/Area Number |
14F04207
|
|---|
| Research Institution | National Institute for Materials Science |
|---|
Principal Investigator |
梅澤 直人 独立行政法人物質・材料研究機構, 環境再生材料ユニット 触媒機能材料グループ, 主任研究員 (20455273)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
WANG Junjie 独立行政法人物質・材料研究機構, 環境再生材料ユニット 触媒機能材料グループ, 外国人特別研究員
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-25 – 2016-03-31
|
| Keywords | 光触媒 / シート状材料 / 第一原理計算 / 結晶構造予測 / 界面 / 可視光応答化 / 太陽光利用 / 水素生成 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、安価なナノシート状材料をTiO2光触媒の表面に担持することで可視光応答化する方法について、理論的に検討することを目的とする。初年度はナノシート状材料／TiO2界面の研究に取りかかる前段階として、新規シート状材料の結晶構造探索に取り組んだ。特に、シート状材料として混合価数酸化スズSnxOyに着目している。２価のスズイオン（Sn2+）を含む酸化物が可視光照射下での光触媒水素発生反応に対して好ましい電子構造を持つ可能性があるという理論予測に基づき物質探索を行ったところ、２価のスズイオン（Sn2+）と４価のスズイオン（Sn4+）からなるスズ酸化物：Sn3O4が光触媒活性を示すことが理論的に示唆された。この予測は実験的にも検証され、アルコール水溶液からの水素発生反応に対して比較的高い活性を示す事が理解された（ACS Applied Materials & Interfaces, 6, 3790-3793, 2014.）。更に、USPEXと呼ばれる結晶構造予測プログラムを用いて、SnxOyの未知の組成の結晶構造を計算科学的に見出すことを試みている。本成果の途中経過を米国物理学会にて報告した。層状構造を有するSnxOyを一層だけ剥がしてTiO2と組み合わせることで、更に活性の高い材料を設計出来ると期待される。
もう一つの安価なシート状材料の候補として、g-C3N4に着目している。近年、g-C3N4が可視光応答型の光触媒であることが報告されていることから、この材料をTiO2の助触媒として表面に担持する方法を理論的に検討中である。初年度はまだよく知られていない、g-C3N4の結晶構造を探索する作業から進めている。本成果は、2015年12月にハワイにて開催されるPacifichem2015にて報告する予定である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
可視光吸収体であるSn3O4やg-C3N4の研究で大変良い成果を上げているが、それらとTiO2の界面の研究はまだ着手したばかりであり、目標達成のために本年度集中して取り組む必要がある。
|
| Strategy for Future Research Activity |
前年度に発見したシート状材料SnxOy、g-C3N4やよく知られたシート材料であるグラフェン、h-BN、MoS2等をアナターゼTiO2の表面に担持した界面モデルを作成し、第一原理計算を実施することで電子状態の観点から光触媒としての適正を評価する。また、シート状材料の表面における水素発生反応の可能性、H2OとCO2からメタノールが生成される人工光合成の可能性を調べることで有望な材料を理論的に見出す。適宜、電子状態計算と分子動力学シミュレーションを駆使して研究を進める。
|
Research Products
(5 results)
-
[Journal Article] Photocatalytic Water Splitting under Visible Light by Mixed-Valence Sn3O42014
Author(s)
Maidhily Manikandan, Toyokazu Tanabe, Peng Li, Shigenori Ueda, Gubbala V. Ramesh, Rajesh Kodiyath, Junjie Wang, Toru Hara, Arivuoli Dakshanamoorthy, Shinsuke Ishihara, Katsuhiko Ariga, Jinhua Ye, Naoto Umezawa,* and Hideki Abe*
-
Journal Title
ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
Volume: 6
Pages: 3790-3793
DOI
Peer Reviewed
-
-
-
-
