2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of highly efficient water splitting systems based on non-oxide semiconductor photocatalysts
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15H03849
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
阿部 竜 京都大学, 工学研究科, 教授 (60356376)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小笠原 正道 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (70301231)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 水素製造 / 太陽光エネルギー / 人工光合成 / 半導体光触媒 / 水分解 / 可視光 / レドックス / 非酸化物系半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、太陽光を用いたクリーンな水素製造技術として期待される「半導体光触媒を用いた水分解」の飛躍的な高効率化を図ることを目的とし、特にバンドギャップの小さな非酸化物系半導体を導入することにより、可視光の利用効率向上を図るものである。適切な表面修飾により安定化し、二段階励起型水分解系に適用することにより、従来の金属酸化物ベースの水分解系では困難な、広範囲までの可視光を利用した水分解と、水素と酸素の分離生成を目指している。平成２９年度は主に以下に示す成果が得られた。
（１）これまで光触媒として注目されてこなかったが、本研究において見出したタングステン酸光触媒が従来の酸化タングステンに比べて長波長までの可視光を利用できる要因をバンド計算などから明らかにするとともに、その高活性化に成功した。
（２）ニオブ系酸化物の窒素ドープによる可視光応答化において、適切なフラックス中で高温アンモニア処理することで、これまで活性の低下を引き起こしてきたニオブ種の還元が抑制され、可視光活性が飛躍的に向上することを初めて見出した。
（３）可視光水分解に有望な可視光応答性光触媒として、レニウム系複合酸化物を初めて見出すとともに、これまで見出してきたビスマス系オキシハライドの特異なバンド構造の起源を明らかにして材料系の拡大を図るとともに、合成法の最適化による高活性化に成功した。
（４）二段階励起型水分解系のレドックスとしてモリブデン系ポリオキソメタレートが利用可能であることを初めて見出し、これを用いた安定な可視光二段階励起型水分解を実証した。
（５）二段階励起型水分解に適用する際に有効な半導体表面の修飾法として、水酸化ルテニウムクラスター修飾や、亜鉛シアノフェロシアネート修飾が有効であることを新たに見出し、可視光水分解の可能性を大きく広げた。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Strong hybridization between Bi-6s and O-2p orbitals in Sillen-Aurivillius perovskite Bi4MO8X (M = Nb, Ta; X = Cl, Br), visible light photocatalysts enabling stable water oxidation2018
Author(s)
H. Kunioku, M. Higashi, O. Tomita, M. Yabuuchi, D. Kato, H. Fujito, H. Kageyama, R. Abe
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Journal Title
J. Mater. Chem. A
Volume: 6
Pages: 3100-3107
DOI
Peer Reviewed
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