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, hydrogen generation, sunlight, water source, water decomposition, greenhouse effect, emission It is necessary to produce a high-activity photocatalyst under sunlight and to open it. It has small specific surface area, low light absorption characteristics, positive hole recombination rate of photogenerated electrons, high photocatalytic activity, and limited photocatalytic activity.これらをsolved するために, heterogeneous element をドープすることでバンドstructural operation in the photocatalyst Work, absorption, wavelength, large technique, appropriate electronic structure, light contact The medium is the joint, the joint surface is the passage, the electrons are excited by the light - the separation of the positive hole is promoted, the joint is the joint The joint technique is to simultaneously apply the chemical on the inner plane of the molecule, and the photocatalytic activity is directed upward. This year, we will discuss the preparation method of combined organic structure (COF) and the material of bonded photocatalyst. The modification method of the carbonized carbon and COF is as follows: There are a total of combined organic structures, Tp-Pa-COF and Tp-Tta-COF, and comparative large photocatalytic activity confirmation.そのため and この二つの share the combined organic structure について, まず, and acid element をドープしていないUnmodified suffocated carbon とのコポジット method を検した. The results of the research, the preparation of Tp-Tta-COF, the suffocation of carbon, the mixing of Tp-Tta-COF, and the improvement of photocatalytic activity. Characteristics evaluation system, XPS elemental analysis, spectrophotometer, transition photocurrent response measurement system Charge separation efficiency measurement, scattered reflection ultraviolet-visible spectrophotometer によりバンドギャップのESTIMATION を行った. XPS elemental analysis results, asphyxiated carbon monomer, Tp-Tta-COF The origin of とコンポジットしたものはTp is the cutting and combining of acid atoms and the addition of していた.また, spectrophotometer, transition photocurrent response measurement により, electron-positive hole coupling efficiency な separation promotion を confirmation できた. The above-mentioned high-efficiency bonding method of suffocated carbon and COF has been 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