高効率な光触媒設計へ向けたモデル光触媒の研究

模型光催化剂研究以实现高效光催化剂设计

• 批准号: 14J08398
• 负责人: 川崎 聖治
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J08398/
• 关键词: 光触媒; ナノ構造; 光電極; モデル光触媒; 固液界面; 親水性; 助触媒

光触媒は、エネルギー・環境分野への応用が期待されている触媒材料であるが、更なる利用に向けて、より一層の光触媒活性の向上が求められている。本研究では、原子レベルで設計したモデル光触媒を作製し、詳細な分析により得たデータを基に、高効率な光触媒創製のための設計指針を提案することを目的とした。昨年度に引き続き、「A．水／光触媒界面で起こる光誘起超親水性のメカニズムの解明」と「B．貴金属ナノピラーを酸化物光触媒に埋め込むという新規な助触媒担持手法による光触媒の高効率化」の2点を重点的に光触媒の物性評価および高効率化を試み、それぞれについて以下に挙げる成果を得た。A．原子レベルで平坦な構造を持つTi酸化物単結晶について、表面構造の安定性や水との相互作用を親水性の評価やAFMによる構造観察、理論計算との比較によって詳細に調べた結果、清浄なTi酸化物表面は本来超親水性を示すということを結論付けた。即ち、光誘起超親水性の本質は、大気暴露により表面に付着した有機物が光触媒反応により分解することで、固体表面の親水性が変化することにあるという確証を得た。B．相分離を薄膜堆積過程に利用することで、貴金属がナノピラーの形状で酸化物薄膜内部に挿入された新規なナノ構造を自己組織的に作製できることを見出し、様々な貴金属元素のナノピラーを含む試料を作製した。光触媒とショットキー接合を形成する貴金属ナノピラーを導入することで、非常に高い光電変換効率を示す試料を作製することに成功した。モデル光触媒の研究を通して、光触媒で見られる光誘起超親水性のメカニズムを明らかにできた。加えて、金属助触媒をナノサイズのピラー形状として酸化物光触媒内部に埋め込んだ新規なナノ構造を作製できることを見出し、光触媒高効率化への新手法を提案できた。これらの成果は、当初の計画以上の成果である。

Photocatalytic は, エ ネ ル ギ ー · environment eset へ の 応 with が expect さ れ て い る catalytic materials で あ る が, more な に る using to け て, よ り layer の の upward が photocatalytic activity for め ら れ て い る. This study で は, atomic レ ベ ル で design し た モ デ ル photocatalytic を な し, detail analysis に よ り have た デ ー タ を に, high rate of unseen な photocatalytic created の た め pointer を の design proposal す る こ と を purpose と し た. Yesterday's annual に lead き 続 き, "で a. / photocatalytic water interface こ る light induced super hydrophilic の メ カ ニ ズ ム の interpret" と "b. precious metals ナ ノ ピ ラ ー を acidification content photocatalytic に buried め 込 む と い う new rules な help catalyst bear A gimmick に よ る photocatalytic の high rate of unseen" を の 2 PM focused に photocatalytic の property evaluation 価 お よ び high rate of unseen を み, そ れ ぞ れ The following に挙げる results を get た. "A. Atomic レ ベ ル で flat な tectonic を hold つ Ti acidification content 単 crystallization に つ い て の stability, surface structure や water と の を hydrophilic interaction の review 価 や AFM に よ る tectonic 観 examine, theoretical calculation と の is に よ っ て detailed に adjustable べ た results and qing な Ti acidification surfaces at は super hydrophilic を originally shown す と い う こ と を conclusion pay け た. Namely ち, the essence of the light induced super hydrophilic の は, big 気 exposed に よ り に pay with し た organic が photocatalytic anti 応 に よ り decomposition す る こ と で の, solid surface hydrophilicity が variations change す る こ と に あ る と い う corroborate を た. "B. Phase separation を に membrane accumulation process using す る こ と で, precious metals が ナ ノ ピ ラ ー の shape で acidification content inside に scions into さ れ た new rules な ナ を ノ structure on his organization に system で き る こ と を see し, others 々 な precious metal elements の ナ ノ ピ ラ ー を む try を material for containing し た. Photocatalytic と シ ョ ッ ト キ ー joint を form す る precious metals ナ ノ ピ ラ ー を import す る こ と で, に を い photoelectric - in sharper rate very high in す sample を cropping す る こ と に successful し た. モ デ ル photocatalytic の research を tong し て, photocatalytic で see ら れ る light induced super hydrophilic の メ カ ニ ズ ム を Ming ら か に で き た. Add え て, metal catalyst を ナ ノ サ イ ズ の ピ ラ ー shape と し て acidification content photocatalytic internal に buried め 込 ん だ new rules な ナ ノ で the tectonic を cropping き る こ と を see し, photocatalytic high rate of unseen へ の new technique proposed を で き た. The achievements of れら である and the achievements of the project above the original plan である.

项目成果

Spontaneous Epitaxial Metal Nanopillar Formation in SrTiO3 Thin Films for Enhanced Photoelectrochemical Water Splitting

SrTiO3 薄膜中自发外延金属纳米柱的形成用于增强光电化学水分解

• 发表时间: 2015
• 作者: Seiji Kawasaki;Ryota Takahashi;Takahisa Yamamoto;Jun Yoshinobu;Fumio Komori;Akihiko Kudo;and Mikk Lippmaa
• 通讯作者: and Mikk Lippmaa

遷移金属ドープSrTiO3の電子状態と光触媒活性

过渡金属掺杂SrTiO3的电子态和光催化活性

• 发表时间: 2014
• 作者: Privon;G. C.;Aalto;S.;Falstad;N.;Muller;S.;Gonzalez-Alfonso;E.;Sliwa;K.;Treister;E.;Costagliola;F.;Armus;L.;Evans;A. S.;Garcia-Burillo;S.;Izumi;T.;Sakamoto;K.;van der Werf;P.;Chu;J. K.;川崎聖治,水光俊介,高橋竜太,大西洋,リップマーミック;川崎聖治,赤木和人,松田巌,小森文夫,吉信淳,原田慈久,工藤昭彦,リップマーミック
• 通讯作者: 川崎聖治,赤木和人,松田巌,小森文夫,吉信淳,原田慈久,工藤昭彦,リップマーミック

Photoelectrochemical Water Splitting Enhanced by Metal Nanopillars in Metal-doped SrTiO3

金属掺杂 SrTiO3 中金属纳米柱增强光电化学水分解

• 发表时间: 2015
• 作者: Seiji Kawasaki;Ryota Takahashi;Takahisa Yamamoto;Jun Yoshinobu;Fumio Komori;Akihiko Kudo;and Mikk Lippmaa;Seiji Kawasaki and Mikk Lippmaa
• 通讯作者: Seiji Kawasaki and Mikk Lippmaa

Dopant Sites in Noble Metal Doped Photocatalysts

贵金属掺杂光催化剂中的掺杂位点

• 发表时间: 2015
• 作者: Seiji Kawasaki;Kazuto Akagi;Koichi Hayashi;Naohisa Happo;Shinya Hosokawa;Hiroshi Daimon;Yoshihisa Harada;Ryota Takahashi;Iwao Matsuda;Fumio Komori;Jun Yoshinobu;Akihiko Kudo;and Mikk Lippmaa
• 通讯作者: and Mikk Lippmaa

Photo-induced Hydration Structure Change Observed on a SrTiO3 (100) Photocatalyst Surface Using FM-AFM

使用 FM-AFM 在 SrTiO3 (100) 光催化剂表面观察光致水合结构变化

• 发表时间: 2014
• 作者: Seiji Kawasaki;Shunsuke Suiko;Ryota Takahashi;Hiroshi Onishi;Mikk Lippmaa
• 通讯作者: Mikk Lippmaa