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 realize the rapid development of novel semiconductor materials with high efficiency in the process of water decomposition for semiconductor photocatalysts. Theoretical calculation and time decomposition of optical wave conductivity analysis of the main axis of "high-speed photocatalyst exploration and development" of the purpose This year, Kyoto University's Abe Group has introduced a new method for the development of layered acid derivatives and high-performance products. The new method for the development of special structures for the development of heterogeneous light sources and mobile characteristics has been demonstrated by the new method for the support of catalysts. The light source is the base of the water decomposition and high efficiency. Osaka University's Saeki Kokuhiro, Bi4NbO8Cl, SrBi3O4Cl3 Photocatalyst: Evaluation of the Charge-dependent and Support-dependent Photocatalyst Phenomenon by the Time Decomposition Method (TRMC) The relationship between photoelectric properties, charge mobility and photoelectric function of Pb and Bib based photoelectric conversion materials is discussed. The crystal structure of Bi12O17Cl2 was studied by Kyoto University. Bi12O17Cl2 photocatalyst was studied in the 1980s and its crystal structure was unknown. The crystal structure of the powder is observed by electron microscopy, and the optical conductivity and photocatalytic activity are improved.

项目成果

半導体光触媒の基礎：人工光合成および環境浄化

半导体光催化基础：人工光合作用与环境净化

• 发表时间: 2022
• 作者: Omweri Justus Ooga Keita W. Suzuki;Shouji Houki;Edouard Lavergne;Hiroshi Inoue;Hisashi Yokoyama;Yoh Yamashita;佐々木努;Jeongwoong YOON・Wen-Bin GU・小沼瑞・小林睦子・横井勇人・尾定誠・長澤一衛;阿部 竜
• 通讯作者: 阿部 竜

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

機械学習と実験アプローチによる次世代光電変換材料の探索

使用机器学习和实验方法寻找下一代光电转换材料

• 发表时间: 2021
• 作者: 齋藤智美;吉田知樹;田嶋結乃;影山舜;橋本禅;佐伯昭紀
• 通讯作者: 佐伯昭紀