Development of basic science for highly efficient and selective photocatalytic water splitting

高效选择性光催化水分解基础科学的发展

基本信息

批准号：
21H02049
负责人：
立川貴士
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02049/
关键词：
光触媒光水分解過酸化水素水素エネルギー太陽光利用

项目摘要

光触媒作用による太陽光水分解は、化石燃料に頼らないクリーンな水素エネルギーや有用化成品の製造法として注目を集めている。本研究では、従来、過酸化水素の生成には適していなかったヘマタイトの表面をチタンとスズを含む複合酸化物で被覆することで、水素と過酸化水素を極めて高い効率と選択性で生成できることを見出してきた。当該年度は、複合酸化物の局所構造に関する知見を得ることを主たる目的とし、新たに構築した顕微ラマン分光システムを用いた分光測定を行った。ヘマタイトメソ結晶への異種金属ドーピングによって、構造の歪みを示唆する約660cm-1のピーク強度が増大することがわかった。焼成前後のラマンスペクトルを比較したところ、ドーパント偏析による構造歪みの解消を示唆する線形変化がみられたが、新たな複合酸化物に帰属されるラマン信号は検出されなかった。粉末X線回折測定や透過型電子顕微鏡観察の結果を踏まえると、以上の結果は複合酸化物の結晶性が低いことに起因していると考えられる。上記の構造解析に加え、光触媒反応の効率向上を目指し、機械学習を活用した組成探索を行った。その結果、これまで検討していなかった異種金属元素の組み合わせにおいてもオンセット電位などの光水分解特性が向上することがわかった。また、人為的ミスのリスクをより最小化するような実験プロトコールの構築が必要であることがわかった。その他、太陽光水素生成などに適用できる光機能性材料の合成および分光測定を行った。

利用光催化的太阳能分解水作为一种不依赖化石燃料生产清洁氢能和有用化学产品的方法引起了人们的关注。在这项研究中，我们证明，通过用含钛和锡的复合氧化物涂覆传统上不适合生产过氧化氢的赤铁矿表面，可以以极高的效率和选择性生产氢气和过氧化氢。已经发现了。在本财年，我们使用新构建的拉曼光谱系统进行了光谱测量，主要目的是获得有关复杂氧化物局部结构的知识。研究发现，将不同金属掺杂到赤铁矿介晶中会增加约 660 cm-1 处的峰强度，这表明结构畸变。比较烧制前后的拉曼光谱，观察到线性变化，表明由于掺杂剂偏析而消除了结构畸变，但没有检测到归因于新复合氧化物的拉曼信号。基于粉末X射线衍射测量和透射电子显微镜观察的结果，上述结果被认为是由于复合氧化物的低结晶度造成的。除了上述结构分析之外，我们还利用机器学习进行了成分搜索，旨在提高光催化反应的效率。结果发现，即使在迄今为止尚未研究的不同金属元素的组合中，光水分解性能如起始电位也得到改善。研究还发现，有必要构建一个实验方案，进一步最大限度地减少人为错误的风险。此外，我们还进行了可应用于太阳能制氢等的光学功能材料的合成和光谱测量。

项目成果

期刊论文数量（23）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Extension of the mechanoresponsive luminescence shift via formation of a doped organic crystal

通过形成掺杂有机晶体来扩展机械响应发光位移

DOI：
10.1039/d2cc00741j
发表时间：
2022
期刊：
Chemical Communications
影响因子：
4.9
作者：
Yoshida Ryohei;Tachikawa Takashi;Ito Suguru
通讯作者：
Ito Suguru

高効率・高選択的太陽光H2O2生成に向けたヘマタイトメソ結晶の局所構造解析

赤铁矿介晶的局部结构分析，用于高效、高选择性太阳能 H2O2 生成

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
清水啓太;北川大地;小畠誠也;大友明;西村拓真
通讯作者：
西村拓真

光機能性材料の単一粒子発光-電子顕微鏡複合解析

光学功能材料的单粒子发射电子显微镜联合分析

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kejun Wu;Pankaj Koinkar;Akihiro Furube;立川貴士
通讯作者：
立川貴士

単一粒子顕微分光で観る光エネルギー・物質変換

通过单粒子显微光谱观察光能/物质转换

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Dechant Andreas;Ohto Tatsuhiko;Ito Yoshikazu;Makarova Marina V.;Kawabe Yusuke;Agari Tatsufumi;Kumai Hikaru;Takahashi Yasufumi;Naito Hisashi;Kotani Motoko;相馬　永，松本良仁，魚住孝幸;立川貴士
通讯作者：
立川貴士

水溶液系における有機無機ペロブスカイトの単一粒子発光

水体系中有机-无机钙钛矿的单粒子发光