未開発エネルギー資源である赤外光による化学エネルギー変換プロセスの開発

利用红外光（一种未开发的能源）开发化学能转化过程

• 批准号: 21H04638
• 负责人: 坂本 雅典
• 金额: $ 26.79万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04638/
• 关键词: 光触媒; 未利用エネルギー; 赤外光; プラズモニクス

赤外光を捕集し、電力に変える材料の開発は本研究課題の重要な柱の一つである。申請者らはすでに赤外光触媒の開発に成功しているが、更なる効率化を目指して半金属ナノ粒子を中心に赤外光応答材料の開発と評価を行った。効率を支配する重要な要素である光励起後の赤外光触媒の緩和過程の解明について時間分解分光を用いて解明した。本申請期間においては、赤外域にLSPRを示す半金属ナノ粒子を光捕集部として有するヘテロ構造ナノ粒子触媒を系統的に合成し、赤外光触媒活性の支配する要素の解明を試みた。特に半金属ナノ粒子の候補としては、硫化銅に着目し、異なる結晶構造、組成を持つ硫化銅ナノ粒子（Cu2S、Cu9S5、Cu7S4、CuS）を系統的に開発した。さらには、これらのナノ粒子に、アクセプターとしてCdSを接合することでプラズモニックp-n接合界面を構築し、赤外光触媒水素生成の評価を行った。この結果、赤外光触媒水素生成の活性を評価するのは（i）硫化銅ナノ粒子のフェルミ準位、（ii）アクセプター層の大きさであることが明らかになった。たとえば、Cu7S4やCu9S5はCuSと比べて優れた触媒活性を示したが、これはCu7S4やCu9S5がCuSと比べてネガティブなフェルミ準位を持ち、CdSへの電子移動に有利なバンド構造を有することが原因と考えられる。これらの結果を基に様々なプラズモニックp-n接合界面を検討し、Cu9S5ナノ粒子とCdSの組み合わせにおいて、波長1100 nmで外部量子収率4.4％を示す光触媒水素生成触媒を開発した。これは、現時点での世界最高効率であり、バンドアライメントの制御と触媒の構造の制御がプラズモニックp-n接合界面を用いた高活性光触媒の開発において重要な要素であることが明らかになった。

The development of materials for infrared light capture and electric power is an important pillar of this research topic. The applicant has successfully developed an infrared photocatalyst, and has conducted an evaluation of the development of an infrared photocatalyst with a semi-metallic particle center. An important factor in efficiency control is the interpretation of the mitigation process of red photocatalyst after excitation. During the application period, the LSPR of semi-metallic particles was shown to have a structure for the synthesis of a particle catalyst system, and the analysis of the factors controlling the activity of a red photocatalyst was performed. In particular, the candidate for semi-metallic particles is copper sulfide, and the crystal structure and composition of copper sulfide particles (Cu2S, Cu9S5, Cu7S4, CuS) are systematically developed. In this paper, we discuss how to construct the interface of CdS and CdS and evaluate the formation of H2O in red photocatalyst. The results show that the activity of the red photocatalyst for water generation is evaluated by (i) the level of the copper sulfide particles,(ii) the size of the organic layer, and (iii) the light intensity. Cu2 + Cu3 + Cu4 + Cu3 + Cu4 + Cu3 + 4 + Cu3 + 4 + Cu3 + Cu3 + 4 + Cu3 + Cu3 + 5 + Cu3 + 4 + Cu3 + 5 + Cu3 + 4 + Cu3 + The results show that the basic structure of Cu9S5 particles and CdS particles is composed of Cu9S5 particles and CdS particles. The wavelength is 1100 nm, and the external quantum yield is 4.4%. This is the highest efficiency in the world at this point. It is an important factor in the development of high activity photocatalyst.

项目成果

Gold Nanocluster Functionalized with Peptide Dendron Thiolates: Acceleration of the Photocatalytic Oxidation of an Amino Alcohol in a Supramolecular Reaction Field

• DOI: 10.1021/acscatal.1c03394
• 发表时间: 2021-10
• 期刊: ACS Catalysis
• 影响因子: 12.9
• 作者: Katsuhiro Isozaki;Ryo Ueno;Kosuke Ishibashi;Genta Nakano;Haozhi Yin;Kenta Iseri;M. Sakamoto

赤外光のエネルギー変換変換が 可能な無色透明材料の開発と応用

红外光能量转换无色透明材料的研制及应用

• 发表时间: 2021
• 作者: X. Huang;Y. Guo;Y. Wu;S. Masubuchi;K. Watanabe;T. Taniguchi;Z. Zhang;S. Volz;T. Machida;and M. Nomura;入井駿，大垣拓也，小澤芳樹，阿部正明，佐藤寛泰，太田英輔，松井康哲，池田浩;坂本 雅典
• 通讯作者: 坂本 雅典

Collective enhancement of quantum coherence in coupled quantum dot films

耦合量子点薄膜中量子相干性的集体增强

• DOI: 10.1103/physrevb.104.l241405
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: H. Tahara;M. Sakamoto;T. Teranishi;and Y. Kanemitsu
• 通讯作者: and Y. Kanemitsu