• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2018 Fiscal Year Annual Research Report

Development of photocatalysts and photoelectrodes for nitrogen fixation and ammonia decomposition as artificial photosynthesis

Research Project

Project/Area Number 17H01217
Research InstitutionTokyo University of Science

Principal Investigator

工藤 昭彦  東京理科大学, 理学部第一部応用化学科, 教授 (60221222)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2022-03-31
Keywords窒素固定 / アンモニア分解 / 人工光合成 / 光触媒 / 光電極
Outline of Annual Research Achievements

アンモニア水溶液の分解に関しては,可視光照射下においてに活性を示すRhドープSrTiO3の高性能化および,可視光応答性CdS光触媒を用いた助触媒効果について研究を行った.RhドープSrTiO3光触媒のさらなる高性能化のために,固相法,水熱法,および錯体重合法により調製した前駆体を用いたフラックス法による合成を試みた.その結果,錯体重合法により調製した前駆体を塩化セシウムフラックス処理することにより調製した試料で高活性を示すことを見いだした.その活性は従来の固相法で合成した試料の2倍に向上した.また,新たな光触媒探索として,可視光応答性CdS金属硫化物光触媒によるアンモニア水溶液の分解を行った.RuおよびPd助触媒を担持することで,可視光照射下においてアンモニア水溶液の分解に活性を示した.水素と窒素を3:1の化学量論比で継続的に生成し,暗時において気体が生成しなかったことから,水素および窒素の生成が光触媒的なアンモニア水溶液の分解によるものと確認できた.またこれら助触媒が実際にアンモニアの酸化に効果があるかどうかを調べるために光電気化学測定を行った.アンモニア水溶液の分解に活性を示したPd, Ru助触媒を担持したCdS光触媒電極では,アンモニア水溶液中において,アンモニアを加えていない水溶液中で測定したときよりもアノード光電流が増大した.このことから,これら助触媒がアンモニア酸化の活性点として働くことが示唆された.このようにPdまたはRu助触媒を担持したCdS光触媒が,可視光照射下においてアンモニア水溶液の分解に活性を示すことを初めて見いだした.
窒素分子の還元反応に関しては,伝導帯のポテンシャルが高く還元力の大きい水分解Ta系複合酸化物を中心にRu助触媒を担持した粉末光触媒を用いて検討したが,現時点では活性が得られていない.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

可視光応答性光触媒を用いたアンモニア水溶液の分解において,RhドープSrTiO3光触媒の高活性化や新たなPd, Ru助触媒担持CdS光触媒の開発を達成することができ,進展が見られた.しかし,最難関反応である窒素分子の還元反応に関しては未達である.

Strategy for Future Research Activity

アンモニア水溶液の分解反応に関しては,さらなる新規光触媒の開発を行う.また,助触媒担持条件などを検討し,高活性化を図る.さらに,電気化学測定を含め反応機構に関する知見を得る.窒素分子の還元反応に関しては,まずは適当な犠牲試薬を用いた反応で,還元反応活性を評価する.また,気相光触媒反応に着手する.

Remarks

A. Iwase, K. Ii, and A. Kudo, Chem. Commun., 2018, 54, 6117がCover Pictureとして選定された。
学生ポスター賞受賞2件 第8回CSJ化学フェスタ/第37回光がかかわる触媒化学シンポジウム

  • Research Products

    (35 results)

All 2019 2018 Other

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 8 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Cu3MS4 (M=V, Nb, and Ta) and their solid solutions with sulvanite structure for photocatalytic and photoelectrochemical H2 evolution under visible light irradiation2019

    • Author(s)
      S. Ikeda, N. Aono, A. Iwase, H. Kobayashi, A. Kudo
    • Journal Title

      ChemSusChem

      Volume: in press Pages: -

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Revealing the role of the Rh valence state, La doping level and Ru cocatalyst in determining the H2 evolution efficiency in doped SrTiO3 photocatalysts2019

    • Author(s)
      Murthy Dharmapura H. K.、Matsuzaki Hiroyuki、Wang Qian、Suzuki Yohichi、Seki Kazuhiko、Hisatomi Takashi、Yamada Taro、Kudo Akihiko、Domen Kazunari、Furube Akihiro
    • Journal Title

      Sustainable Energy & Fuels

      Volume: 3 Pages: 208-218

    • DOI

      10.1039/C8SE00487K

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Water splitting over Ba2In2O5 photocatalysts with a brownmillerite structure and the effect of La-substitution on its band structure and photocatalytic activities2018

    • Author(s)
      Nakagawa Keita、Iwase Akihide、Kudo Akihiko
    • Journal Title

      Chemistry Letters

      Volume: 47 Pages: 1256-1529

    • DOI

      https://doi.org/10.1246/cl.180758

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 光触媒材料の開発および性能評価の基礎2018

    • Author(s)
      岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Journal Title

      電気学会誌

      Volume: 138 Pages: 594-597

  • [Journal Article] Denaturation of Lysozyme with Visible-light-responsive Photocatalysts of Ground Rhodium-doped and Ground Rhodium-antimony-co-doped Strontium Titanate2018

    • Author(s)
      Usuki Sho、Yamatoya Kenji、Kawamura Yuki、Yamaguchi Yuichi、Suzuki Norihiro、Katsumata Ken-ichi、Terashima Chiaki、Fujishima Akira、Kudo Akihiko、Nakata Kazuya
    • Journal Title

      Journal of Oleo Science

      Volume: 67 Pages: 1521-1533

    • DOI

      https://doi.org/10.5650/jos.ess18155

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhanced H2 evolution over an Ir-doped SrTiO3 photocatalyst by loading of an Ir cocatalyst using visible light up to 800 nm2018

    • Author(s)
      Suzuki Sho、Matsumoto Hiroe、Iwase Akihide、Kudo Akihiko
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 54 Pages: 10606-10609

    • DOI

      10.1039/C8CC05344H

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Efficient photocatalytic degradation of gaseous acetaldehyde over ground Rh?Sb co-doped SrTiO3 under visible light irradiation2018

    • Author(s)
      Yamaguchi Yuichi、Usuki Sho、Yamatoya Kenji、Suzuki Norihiro、Katsumata Ken-ichi、Terashima Chiaki、Fujishima Akira、Kudo Akihiko、Nakata Kazuya
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 8 Pages: 5331-5337

    • DOI

      10.1039/C7RA11337D

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Decomposition of an aqueous ammonia solution as a photon energy conversion reaction using a Ru-loaded ZnS photocatalyst2018

    • Author(s)
      Iwase Akihide、Ii Kazutaka、Kudo Akihiko
    • Journal Title

      Chemical Communications

      Volume: 54 Pages: 6117-6119

    • DOI

      10.1039/C8CC02639D

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Powder-based (CuGa1-yIny)1-xZn2xS2 solid solution photocathodes with a largely positive onset potential for solar water splitting2018

    • Author(s)
      Hayashi Toshio、Niishiro Ryo、Ishihara Hitoshi、Yamaguchi Masaharu、Jia Qingxin、Kuang Yongbo、Higashi Tomohiro、Iwase Akihide、Minegishi Tsutomu、Yamada Taro、Domen Kazunari、Kudo Akihiko
    • Journal Title

      Sustainable Energy & Fuels

      Volume: 2 Pages: 2016-2024

    • DOI

      10.1039/C8SE00079D

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] フラックス法により合成した金属硫化物微粒子を光カソードに用いた光電気化学的水分解2019

    • Author(s)
      吉野隼矢,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第 123 回触媒討論会
  • [Presentation] 様々な合成法により調製した SrTiO3:Rh を用いたアンモニア水溶液の分解2019

    • Author(s)
      王泓淮,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第 123 回触媒討論会
  • [Presentation] Ir をドープした d0 系金属酸化物光触媒の可視光照射下における光触媒特性2019

    • Author(s)
      内田悠生,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第 123 回触媒討論会
  • [Presentation] 硫化カドミウムを用いた可視光照射下におけるアンモニア水溶液の分解2019

    • Author(s)
      鈴木晴也,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      日本化学会第99回春季年会
  • [Presentation] 種々の元素を置換したBa2In2O5光触媒の水分解における錯体重合法による高活性化2019

    • Author(s)
      中川馨太,岩瀬顕秀,加藤英樹,工藤昭彦
    • Organizer
      日本化学会第99回春季年会
  • [Presentation] 塩化物アルカリフラックス中で合成した金属硫化物を水素生成光触媒に用いたZスキーム型ソーラー水分解2018

    • Author(s)
      吉野隼矢,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ
  • [Presentation] Bi置換Ba2In2O5を用いた可視光照射下における酸素生成2018

    • Author(s)
      中川馨太,岩瀬顕秀,野澤俊介,足立伸一,工藤昭彦
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ
  • [Presentation] カルコパイライト構造を有する金属硫化物光カソードによる水素生成における異種金属硫化物の表面積層効果2018

    • Author(s)
      鈴木晴也,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第8回CSJ化学フェスタ
  • [Presentation] Cu, Ga, In, Znを含む金属硫化物粒子で構成される光カソードを用いた可視光水分解2018

    • Author(s)
      林利生,新城亮,石原仁志,山口真治,QINGXIN, Jia,YONGBO, Kuang,東智弘,岩瀬顕秀,嶺岸耕,山田太郎,堂免一成,工藤昭彦
    • Organizer
      第122回触媒討論会
  • [Presentation] Improvements of Z-Schematic Water Splitting by Modification of SrTiO3 : Rh with Two Kinds of Cocatalyst2018

    • Author(s)
      H. P. Duong, H. Kato, M. Kobayashi, A. Iwase, A. Kudo, M. Kakihana
    • Organizer
      第122回触媒討論会
  • [Presentation] フラックス法により高性能化した金属硫化物光触媒を用いたZスキーム型可視光水分解2018

    • Author(s)
      吉野隼矢,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第122回触媒討論会
  • [Presentation] AgTaO3-PbTiO3固溶体光触媒による水分解2018

    • Author(s)
      渡邊健太,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第122回触媒討論会
  • [Presentation] 元素置換による可視光応答型Nb系金属酸化物の長波長応答化およびその光触媒特性2018

    • Author(s)
      宇田川雄平,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第122回触媒討論会
  • [Presentation] Bi置換によるBa2In2O5光触媒の可視光応答化およびその光触媒特性2018

    • Author(s)
      中川馨太,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第122回触媒討論会
  • [Presentation] 光電気化学的に還元したRGO添加金属硫化物光カソードを用いたソーラー水素生成における金属硫化物の積層効果2018

    • Author(s)
      鈴木晴也,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第122回触媒討論会
  • [Presentation] Photocatalytic and Photoelectrochemical Systems for Solar Fuel Production2018

    • Author(s)
      A. Kudo
    • Organizer
      The 1st International Workshop on Solar Carbon Recycling
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Photocatalytic water splitting and CO2 reduction2018

    • Author(s)
      A. Kudo
    • Organizer
      The 2nd International BK Plus KU Symposium on Solar Cells and Solar Fuels
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of novel visible-light-driven photocatalysts by Ag(I)- and Cu(I)-substitution in layered perovskite oxides by molten salt treatments2018

    • Author(s)
      K. Watanabe, A. Iwase, A. Kudo
    • Organizer
      The 8th Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology (TOCAT8)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Artificial Photosynthesis using Photocatalyic and Photoelectrochemical Systems2018

    • Author(s)
      A. Kudo
    • Organizer
      The 22nd International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy (IPS-22)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Development of novel visible-light-driven photocatalysts by Ag(I)- and Cu(I)- substitution in layered perovskite oxides by molten AgNO3 and CuCl treatments2018

    • Author(s)
      K. Watanabe, A. Iwase, A. Kudo
    • Organizer
      The 22nd International Conference on Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy (IPS-22)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] フラックス法による金属硫化物光触媒微粒子の合成およびZスキーム型可視光水分解への展開2018

    • Author(s)
      吉野隼矢,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第37回光がかかわる触媒化学シンポジウム
  • [Presentation] 新規可視光応答性酸化物固溶体光触媒を用いた可視光水分解による水素製造2018

    • Author(s)
      渡邊健太,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第7回 JACI/GSCシンポジウム
  • [Presentation] 金属酸化物光触媒を用いた長波長の可視光を利用できるZスキーム型水分解系の構築2018

    • Author(s)
      土谷太一,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第7回 JACI/GSCシンポジウム
  • [Presentation] 800 nmまでの波長を利用できる金属硫化物水素生成光触媒を用いたZスキーム型水分解2018

    • Author(s)
      夏目脩平,宇田川雄平,吉野隼矢,岩瀬顕秀,工藤昭彦
    • Organizer
      第7回 JACI/GSCシンポジウム
  • [Presentation] 水分解および二酸化炭素還元に活性な希土類を構成元素とする光触媒材料2018

    • Author(s)
      工藤昭彦
    • Organizer
      第34回希土類討論会
    • Invited
  • [Remarks] 工藤研究室ホームページ

    • URL

      https://www.rs.kagu.tus.ac.jp/kudolab/index01.html

URL: 

Published: 2019-12-27  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi