2022 Fiscal Year Final Research Report

Fabrication of functional three-dimensional hetero-nanostructures based upon the theory on galvanic submerged photosynthesis of crystalites

Research Project

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Project/Area Number	20H00295
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
Research Institution	Hokkaido University
Principal Investigator	watanabe seiichi 北海道大学, 工学研究院, 教授 (60241353)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	JEEM MELBERT 北海道大学, 電子科学研究所, 助教 (00815805) 柴山環樹北海道大学, 工学研究院, 教授 (10241564) 岡本一将大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (10437353) 張麗華北海道大学, 工学研究院, 准教授 (60719714)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	水中結晶光合成 / 光ガルバニック効果 / 光化学反応 / ヘテロナノ構造 / 光電気化学 / 水中ラジカル / 太陽光全利用
Outline of Final Research Achievements	The aim of this study is to establish a method for batch preparation of oxide nanostructures from metallic raw materials using only water and light in water crystalites photosynthesis under ambient temperature, atmospheric pressure, impurity-free, and neutral water conditions, for future green sustainable materials production using sunlight. Since this method uses only water, only oxides and hydrogen are produced. We first developed the theory of underwater crystal photosynthesis with galvanic effect (Galvanic-SPSC), which is the ultimate and original method for creating new green materials. Furthermore, we have developed three-dimensional hetero-nanostructures with multifunctional and highly efficient photo- and electron-conversion functionality based on the semiconductor heterojunction functionality.
Free Research Field	材料科学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	光物性、光化学・光電気化学を合わせたフォトメタラジー（光冶金学）と呼ぶべき新たな金属学とエネルギー学の融合研究としての材料科学の新学域創成が期待できる。将来、グリーンテクノロジーとしての光冶金学がもたらす学術的、社会的貢献性の観点からも、本研究の意義は大きく、新たな光メッキ法や光エネルギー変換工学分野への波及性が期待できる。本研究で作製する３次元ヘテロナノ構造体は、今後ナノ構造化による高い光応答性を利用した光触媒・水分解のフォトカソード電極あるいは光・電子変換デバイスとしての利用が可能である。