Development of highly efficient photocatalyst for water splitting by a high-speed search method

通过高速搜索方法开发高效分解水光催化剂

• 批准号: 20H00398
• 负责人: 阿部 竜
• 金额: $ 28.7万
• 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: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00398/
• 关键词: 光触媒; 太陽光; 水素製造; キャリアダイナミクス解析; 層状酸ハロゲン化物; 半導体光触媒; 人工光合成; 太陽光水素製造; キャリアダイナミクス; 可視光; 量子化学計算; 時間分解マイクロ波伝導度法; 機械学習

本研究では、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実現しうる新奇半導体材料の発掘を目的とし、我々が最近見出した高活性層状酸ハロゲン化物光触媒を基点として、理論計算と時間分解マイクロ波伝導度キャリアダイナミクス解析を主軸とする「高速光触媒探索メソッド」を開発することを目的としている。今年度、京都大学の阿部グループでは、引き続き層状酸ハロゲン化物の新規開発や高性能化に取り組み、特にこれまで開発してきたBi4NbO8Clにおけるその特異構造に起因する異方的な光キャリア移動特性を明らかにするともに、新規助触媒担持法による選択的な光キャリア補足法を実証することにより、光キャリア制御に基づくさらなる水分解高効率化の戦略を打ち立てるに至った。大阪大学の佐伯グループでは、Bi4NbO8ClやSrBi3O4Cl3光触媒中の電荷ダイナミクスや、担持触媒によるキャリアトラップ現象を時間分解マイクロ波伝導度(TRMC)法で評価した。また、PbやBib系の光電変換材料の光電気特性、特に結晶軸の電荷キャリア移動度異方性を評価し、光電気機能との関係を明らかにした。また京都大学の加藤グループでは、主にBi12O17Cl2の結晶構造の解明とトポケミカルフッ化反応に取り組んだ。Bi12O17Cl2は光触媒として盛んに研究されていたものの、その結晶構造は1980年代の発見から長らく不明であった。粉末回折や電子顕微鏡観察から本結晶構造を明らかにするとともに、トポケミカルフッ化反応によって構造歪を抑制することで光伝導度および光触媒活性の向上を達成した。

This research aims to excavate novel semiconductor materials that can dramatically improve the efficiency of "water decomposition using semiconductor photocatalysts," which is expected to be a clean hydrogen production technology using sunlight, and to develop a "high-speed photocatalyst search method" that focuses on theoretical calculations and time-resolved microwave conductivity carrier dynamics analysis, based on the highly active layered acid halide photocatalyst we最近发现了。 This year, the Abe Group at Kyoto University continued to develop new layers of layered acid halides and improve their performance, and by elucidating the anisotropic photocarrier transfer characteristics caused by its unique structure in Bi4NbO8Cl, which we have developed up to now, and by demonstrating a selective photocarrier supplementation method using a new cocatalyst support method, we have come up with a strategy for further improving efficiency of water decomposition based on光载体控制。大阪大学的Saeki组评估了使用时间分辨微波电导率（TRMC）方法由支持的催化剂引起的BI4NBO8CL和SRBI3O4CL3光催化剂和载体捕获现象的电荷动力学。此外，还评估了PB和基于围嘴的光电转换材料的光电特性，尤其是晶体轴上电荷载体迁移率的各向异性，并阐明了与光电函数的关系。此外，京都大学的Kato组主要致力于阐明BI12O17CL2的晶体结构和拓制氟化物反应。尽管BI12O17CL2被积极研究为光催化剂，但自1980年代发现以来，其晶体结构一直是未知的。通过粉末衍射和电子显微镜观察来阐明晶体结构，并通过托设氟化物反应抑制结构失真，提高光电传统和光催化活性。

项目成果

Elucidating the Coordination of Diethyl Sulfide Molecules in Copper(I) Thiocyanate (CuSCN) Thin Films and Improving Hole Transport by Antisolvent Treatment

• DOI: 10.1002/adfm.202002355
• 发表时间: 2020-07
• 期刊: Advanced Functional Materials
• 影响因子: 19
• 作者: Pimpisut Worakajit;Fumiya Hamada;Debashish Sahu;P. Kidkhunthod;T. Sudyoadsuk;V. Promarak;D. Harding

水素エネルギー利用拡大に向けた最新技術動向「高効率可視光水分解に向けた半導体光触媒の開発」

扩大氢能利用的最新技术趋势：“高效可见光分解水半导体光催化剂的开发”

• 发表时间: 2021
• 作者: 柴田 俊文・近藤 響貴・珠玖 隆行・西村 伸一;森田哲朗;阿部 竜，鈴木 肇
• 通讯作者: 阿部 竜，鈴木 肇

Optoelectronic and Dielectric Properties of Organic-Inorganic Perovskite Solar Cell Materials

有机-无机钙钛矿太阳能电池材料的光电和介电性能

• 发表时间: 2020
• 作者: 高沢 佳芳; 加納 豊;松本 清治;小林 駿介;深津 理乃;覺正 直子;正井 久雄;Akinori Saeki
• 通讯作者: Akinori Saeki

太陽光水素製造（人工光合成）実現に向けた光触媒および反応系の開発

太阳能制氢光催化剂和反应系统的开发（人工光合作用）

• 发表时间: 2021
• 作者: Kuzuya Maki;Hirano Hidemi;Hayashida Kenichi;Watanabe Masakatsu;Kobayashi Kazumi;Terada Tohru;Mahmood Md. Iqbal;Tama Florence;Tani Kazutoshi;Fujiyoshi Yoshinori;Oshima Atsunori;阿部 竜
• 通讯作者: 阿部 竜

クロム系複合助触媒による層状酸塩化物光触媒の光キャリア分離促進と水素生成活性向上

铬基复合助催化剂促进层状酰氯光催化剂光载流子分离并提高产氢活性

• 发表时间: 2021
• 作者: Tomohiro Yamazaki;Tetsuya Yamamoto;and Tetsuro Hirose;小谷 哲，小川 幹太，鈴木 肇，冨田 修，加藤 康作，山方 啓，野澤 俊介，坂本 良太，阿部 竜
• 通讯作者: 小谷 哲，小川 幹太，鈴木 肇，冨田 修，加藤 康作，山方 啓，野澤 俊介，坂本 良太，阿部 竜