Development of a novel organic photocatalyst that combines in-plane heterojunction and doping method

结合面内异质结和掺杂方法的新型有机光催化剂的开发

• 批准号: 22K14714
• 负责人: 立石 一希
• 金额: $ 2.08万
• 依托单位: Mie University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14714/
• 关键词: 光触媒; 共有結合有機構造体; 窒化炭素; 共有結合性有機構造体; 水素生成

光触媒による水素生成は太陽光をエネルギー源として水を分解することによって、温室効果ガスを排出せずに水素を生成することが出来るため、太陽光下で高活性がある光触媒の開発が必要とされている。しかし、小さい比表面積・低い吸光特性・光生成電子正孔対の再結合率の高さが光触媒活性を制限している。これらを解決するために、光触媒中に異種元素をドープすることでバンド構造を操作し、吸収できる波長を拡大する手法、そして適切な電子構造を有する異なる光触媒を接合し、その接合面を通して光励起電子―正孔対の分離の促進させるヘテロ接合という手法を分子内平面上で同時に施すことにより、光触媒活性の向上を目指す。本年度は、共有結合有機構造体（COF）の調製方法の検討とヘテロ接合光触媒の素材となる窒化炭素とCOFの修飾方法を検討し、コンポジットできているか特性評価を行った。共有結合有機構造体について、Tp-Pa-COFとTp-Tta-COFを用いた際、比較的大きい光触媒活性が確認された。そのため、この二つの共有結合有機構造体について、まず、酸素をドープしていない未修飾の窒化炭素とのコンポジット方法を検討した。検討の結果、Tp-Tta-COFの調製時にTtaと窒化炭素を先に混合させた場合のコンポジットのみ、光触媒活性の向上が見られた。特性評価については、XPSによる元素分析、分光蛍光光度計、過渡光電流応答測定による電荷分離効率測定、拡散反射紫外‐可視分光光度計によりバンドギャップの推定を行った。XPSによる元素分析を行った結果、窒化炭素単体より、Tp-Tta-COFとコンポジットしたものはTp由来と考えられる酸素原子の割合が増加していた。また、分光蛍光光度計、過渡光電流応答測定により、電子－正孔対の効率的な分離促進を確認できた。以上のことから、窒化炭素とCOFを効率的にヘテロ接合する方法を確立することができた。

Photocatalyst production is the source of sunlight and the decomposition of water. Photocatalyst development is necessary for high activity under sunlight. Low specific surface area, low absorption characteristics, high recombination rate of photogenerated electrons, and low photocatalytic activity In order to solve this problem, the structure of the photocatalyst is different, the wavelength of the absorption is larger, the electron structure is different, the photocatalyst is bonded, the bonding surface is transparent, the electron hole is separated, and the bonding surface is simultaneously applied on the molecular plane. This year, the preparation method of the total organic structure (COF) is discussed, and the modification method of the carbon and COF is discussed. Total binding organic structure, Tp-Pa-COF, Tp-Tta-COF, and comparative photocatalytic activity were confirmed. A review of methods for the synthesis of organic structures containing organic compounds, organic compounds and organic compounds without modification is presented. The results of the investigation show that the Tp-Tta-COF modulation process can be used to improve the photocatalytic activity of Tta-COF. Characteristics evaluation, XPS, elemental analysis, spectrophotometric determination, charge separation efficiency determination, diffuse reflection ultraviolet spectrophotometry, etc. XPS elemental analysis results show that the separation of carbon atoms increases with the increase of Tp-Tta-COF and Tp. Spectrophotometer, transition photocurrent measurement, electron-positive hole pair efficiency enhancement confirmation The above methods of carbon fusion are established.

项目成果

Application of Rh/TiO2 Nanotube Array in Photocatalytic Hydrogen Production from Formic Acid Solution

• DOI: 10.3390/jcs6110327
• 发表时间: 2022-11
• 期刊: Journal of Composites Science
• 影响因子: 3.3
• 作者: M. H. Suhag;Ikki Tateishi;M. Furukawa;H. Katsumata;Aklima Khatun;S. Kaneco

Synthesis of an iso-type graphitic carbon nitride heterojunction derived from oxamide and urea in molten salt for high-performance visible-light driven photocatalysis

由草酰胺和尿素在熔盐中合成同型石墨氮化碳异质结，用于高性能可见光驱动光催化

• DOI: 10.1039/d2nj00741j
• 发表时间: 2022
• 期刊: New Journal of Chemistry
• 影响因子: 3.3
• 作者: Ashraful Islam Molla Md.;Katsumata Hideyuki;Furukawa Mai;Tateishi Ikki;Kaneco Satoshi
• 通讯作者: Kaneco Satoshi

Enhanced Photocatalytic Hydrogen Production of CdS/Cu<sub>7S<sub>4 under visible light Irradiation

可见光照射下CdS/Cu<sub>7S<sub>4增强光催化产氢

• 发表时间: 2022
• 作者: Takumi Kobayashi;Ikki Tateishi;Hideyuki Katsumata;Mai Furukawa;and Satoshi Kaneco
• 通讯作者: and Satoshi Kaneco

Photocatalytic Hydrogen Production from Formic Acid Solution with Titanium Dioxide with the Aid of Simultaneous Rh Deposition

• DOI: 10.3390/chemengineering6030043
• 发表时间: 2022-06
• 期刊: ChemEngineering
• 影响因子: 2.5
• 作者: M. H. Suhag;Ikki Tateishi;M. Furukawa;H. Katsumata;Aklima Khatun;S. Kaneco

Investigation of Au Supporting Method on Titanium Dioxide for Hydrogen Production from High Concentration Methanol

二氧化钛负载金高浓度甲醇制氢方法研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuta Takai;Mai Furukawa;Ikki Tateishi;Hideyuki Katsumata;Satoshi Kaneco
• 通讯作者: Satoshi Kaneco