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

基本信息

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

项目摘要

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。

在这项研究中，我们的目标是发现新型半导体材料，可以显着提高“使用半导体光催化剂分解水”的效率，这有望成为一种基于我们的高活性层状卤化物光催化剂的清洁制氢技术。发现后，我们的目标是开发一种以理论计算和时间分辨微波电导率载流子动力学分析为中心的“高速光催化剂搜索方法”。今年，京都大学的Abe小组将继续致力于开发新型层状酰基卤并改善其性能，特别是揭示了迄今为止已开发出的Bi4NbO8Cl独特结构引起的各向异性光载流子传输特性。同时，通过演示使用新的助催化剂负载方法的选择性光载流子捕获方法，我们建立了基于光载流子控制进一步提高水分解效率的策略。大阪大学的 Saeki 小组使用时间分辨微波电导率 (TRMC) 方法评估了 Bi4NbO8Cl 和 SrBi3O4Cl3 光催化剂中的电荷动力学以及负载型催化剂引起的载流子捕获现象。我们还评估了Pb和Bib基光电转换材料的光电性能，特别是晶轴的载流子迁移率各向异性，并阐明了其与光电功能的关系。京都大学加藤课题组主要致力于阐明Bi12O17Cl2的晶体结构和拓扑化学氟化反应。尽管 Bi12O17Cl2 作为光催化剂得到了积极的研究，但自 20 世纪 80 年代发现以来，其晶体结构在很长一段时间内仍然未知。除了通过粉末衍射和电子显微镜阐明这种晶体结构之外，我们还通过拓扑化学氟化反应抑制结构变形，成功地提高了光电导率和光催化活性。