Construction of high-efficiency photocatalytic surface by directivity control of excited carrier transfer

通过激发载流子转移方向性控制构建高效光催化表面

• 批准号: 21H02050
• 负责人: 吉田 真明
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Yamaguchi University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02050/
• 关键词: 水分解触媒; オペランド観測; X線吸収分光; 赤外吸収分光; 電気化学; 光触媒; 水分解; 水素製造; 酸素生成; 赤外分光; X線分光; In-situ測定

水素製造を目的とした水分解光触媒は、太陽光により水を分解して水素を生成することができるため、クリーンなエネルギーシステムを構築できるものと期待されている。光触媒は太陽光を吸収すると、励起電子と励起ホールといった励起キャリアを生成し、励起電子が水素生成助触媒に移動して水素を、励起ホールが酸素生成助触媒に移動して酸素を生成する。しかし、その励起キャリアの移動に関しては十分な知見が得られていない。そこで本研究では、赤外光とX線を用いて光触媒内の励起キャリア移動を観測し、その反応過程を調べることを目指している。本研究を推進することで、光触媒反応の効率に影響を与えている因子を特定することができれば、より優れた光触媒材料を開発していけるものと考え、研究に注力している。昨年度は赤外分光測定装置とX線分光測定装置の立ち上げや高度化を行い、概ね予定通り進めることができた。まず最初に、モデル光触媒単結晶板に対して赤外測定を行い、光触媒上に移動する励起キャリアを観測することに成功した。特に、ポテンショスタットで電極電位を印加した際は励起キャリア移動が促進され、光電極として利用すると優れた水分解活性を示すことが分かった。続いて、光触媒粉末に関する測定を行い、光触媒表面の電子状態に対応するようなスペクトルが得られ、in-situ赤外分光測定自体が問題がないことを確認した。また、放射光施設で触媒のX線分析を行い、電気化学的に酸素生成触媒の構造が変化する様子を観測することに成功し、その反応メカニズムを解明することができた。以上の結果を複数の論文として投稿しており、今後は更なる検証を行い、本研究の目的である「励起キャリア移動を促進する光触媒表面」を探索していく。

The goal of water production is water decomposition photocatalyst, sunlight, water decomposition photocatalyst, water generation photocatalyst, and water purification photocatalyst. Photocatalyst absorbs sunlight, excites electrons, excites water, excites electrons, excites water, excites electrons, excites acid, excites acid, excites water, excites electrons, excites electrons, excites water, excites electrons, excites acid, excites acid, excites electrons, excites water, excites electrons, excites acid, excites water, excites acid, excites acid, exci It's not easy to see what's going on. In this study, X-ray excitation in photocatalyst was measured, and the reaction process was modulated. This study advances the research on the influence of photocatalyst reaction rate on the development of photocatalyst materials. In the past year, the infrared spectrometer and the X-ray spectrometer have been established and upgraded. In the beginning, the photocatalyst crystal plate was tested successfully. The electrode potential is increased and the photoelectrode activity is increased. In the process of determination of photocatalyst powder, the electronic state of photocatalyst surface is determined by in-situ spectrophotometry. The X-ray analysis of the catalyst, the electrochemical analysis of the structure of the catalyst for the formation of the acid, and the analysis of the catalyst for the formation of the acid. The above results are presented in a number of papers and will be further examined in the future. The purpose of this study is to explore the possibility of stimulating the movement of photocatalyst surfaces.

项目成果

Development of a Hemispherical Cavity Cobalt Electrocatalyst for Water Oxidation Based on a Polystyrene Colloidal Template Electrodeposition Method

• DOI: 10.1002/slct.202200600
• 发表时间: 2022-08
• 期刊: ChemistrySelect
• 影响因子: 2.1
• 作者: Yusaku Araki;Shun Tsunekawa;Arisu Sakai;K. Harada;Ryosuke Nagatsuka;M. Suzuki-Sakamaki;K. Amemiya;Ke-Hsuan Wang;T. Kawai;Masaaki Yoshida

Operando Observation of All Elements in Water Splitting Electrocatalysts by XAFS

XAFS 对水分解电催化剂中所有元素的操作观察

• 发表时间: 2022
• 作者: Misato Hayashi;Masaaki Yoshida
• 通讯作者: Masaaki Yoshida

Development of a MnOOH Mineral Electrocatalyst for Water Splitting by Controlling the Surface Defects of a Naturally Occurring Ore

通过控制天然矿石的表面缺陷开发用于水分解的 MnOOH 矿物电催化剂

• DOI: 10.1246/cl.210539
• 发表时间: 2022
• 期刊: CHEMISTRY LETTERS
• 影响因子: 1.6
• 作者: Shun Tsunekawa;Arisu Sakai;Yoshiaki Tamura;Keisuke Hatada;Toshiaki Ina;Ke-Hsuan Wang;Takeshi Kawai;Masaaki Yoshida
• 通讯作者: Masaaki Yoshida

UVSOR BL3Uにおける 水分解触媒のオペランドXAFS観測

UVSOR BL3U 中水分解催化剂的 Operando XAFS 观察

• 发表时间: 2021
• 作者: 吉田真明;原田一輝;Li Zimeng;湯沢勇人;長坂将成
• 通讯作者: 長坂将成

Forward and backward electron transfer on Pt loaded TiO2 photocatalysts under visible-light illumination

• DOI: 10.1063/5.0065074
• 发表时间: 2021-09
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Naohiro Inoue;Kyohei Shiraki;Kosaku Kato;Shu Ashimura;M. Yoshida;Akira Yamakata