結晶面選択的な光励起キャリア輸送に基づく光触媒のヘテロ構造設計

基于晶面选择性光激发载流子传输的光催化剂异质结构设计

基本信息

批准号：
22KJ0969
负责人：
河瀬侑大
金额：
$ 1.09万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ここまでの研究において、光触媒ナノ粒子を電極触媒巨大粒子に接合する新規構造の実現を試みた。また酸素生成反応における触媒活性を比較し、新規構造の優位性を検証した。従来の光触媒構造は少量の電極触媒を光触媒粒子上に担持したものである。ここまでの研究で、水熱合成法や光電着法などを利用してその逆転構造を実現させることに成功した。各構造を利用してアルカリ水溶液中で酸素生成反応を試みた。その反応速度は、逆転構造を利用した場合に大幅に向上することが確認でき、本研究のコンセプトの優位性を実証できた。また、電気化学測定も同時に行うことで、新規光触媒構造における電極触媒の役割も徐々に明らかになってきている。光触媒性能は、どれだけの光子を化学反応に利用できたかを表す指標「量子効率」で評価すべきであるが、今回の結果では量子効率が低く、光子のほとんどが化学反応に利用できていなかった。今後光触媒材料の選定や合成条件の探索を行い、50%以上の量子効率における活性の差の評価を行う。新規構造の優位性は実証できたが、現在の構造では接合状態が不十分であり、依然として光触媒性能と酸素生成能の最大化は実現できていない。したがって今後は、光触媒の選択的なキャリア輸送に基づいた光触媒性能を最大化させる粒子接合法の開発に注力していく。更に、新規構造における電極触媒の化学状態や電位変化などを分析し、光触媒反応における電極触媒の動作機構と役割を明らかにすることも予定している。

迄今为止，在我们的研究中，我们试图创建一种新的结构，其中光催化纳米颗粒与电催化剂巨型颗粒结合。我们还比较了产氧反应中的催化活性，验证了新结构的优越性。传统的光催化剂结构具有负载在光催化剂颗粒上的少量电催化剂。在迄今为止的研究中，我们已经利用水热合成和光电化学沉积成功地实现了这种倒置结构。使用每种结构在碱性水溶液中尝试产氧反应。经证实，当使用倒置结构时，反应速率显着提高，证明了本研究概念的优越性。此外，通过同时进行电化学测量，电极催化剂在新型光催化剂结构中的作用逐渐变得清晰。光催化性能应该用量子效率来评价，量子效率是表示有多少光子可以用于化学反应的指标，但目前的结果表明量子效率较低，大部分光子不能用于化学反应。未来，我们将选择光催化材料并寻找合成条件，并评估量子效率50%以上时活性的差异。尽管我们能够证明新结构的优越性，但当前结构的键合状态不足，仍然无法最大限度地发挥光催化性能和产氧能力。因此，未来我们将重点开发基于光催化剂选择性载流子传输的颗粒键合方法，以最大限度地提高光催化性能。此外，我们计划分析新结构中电催化剂的化学态和电位变化，以阐明电催化剂在光催化反应中的运行机制和作用。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Uniform NiFeOx catalyst as a protective layer of transparent Ta3N5 photoanode for efficient and stable oxygen evolution reaction

均匀的 NiFeOx 催化剂作为透明 Ta3N5 光阳极的保护层，可实现高效稳定的析氧反应

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yudai Kawase; Tomohiro Higashi; Keisuke Obata; Kazunari Domen; Kazuhiro Takanabe
通讯作者：
Kazuhiro Takanabe

Surface design of semitransparent Ta3N5 photoelectrode for stable oxygen evolution over a wide pH range

半透明 Ta3N5 光电极的表面设计可在较宽的 pH 范围内稳定析氧

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yudai Kawase; Tomohiro Higashi; Keisuke Obata; Kazunari Domen; Kazuhiro Takanabe
通讯作者：
Kazuhiro Takanabe

Helmholtz Zentrum Berlin(ドイツ)

柏林亥姆霍兹中心（德国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Design of semitransparent tantalum nitride photoanode for efficient and durable solar water splitting

半透明氮化钽光电阳极的设计，用于高效、耐用的太阳能水分解

DOI：
10.1039/d2ee02090d
发表时间：
2024-09-13
期刊：
Energy & Environmental Science
影响因子：
0
作者：
T. Higashi;H. Nishiyama;V. N;al;al;Y. Pihosh;Yudai Kawase;Ryota Shoji;Mamiko Nakabayashi;Y. Sasaki;Naoya Shibata;H. Matsuzaki;K. Seki;K. Takanabe;K. Domen
通讯作者：
K. Domen

Interfacial Design of a Ta3N5 Thin-Film Photoanode for Highly Stable Oxygen Evolution over a Wide pH Range

用于在宽 pH 范围内高度稳定析氧的 Ta3N5 薄膜光阳极的界面设计

DOI：
10.1021/acssuschemeng.2c03049
发表时间：
2022-10-28
期刊：
ACS Sustainable Chemistry & Engineering
影响因子：
0
作者：
Yudai Kawase;T. Higashi;Keisuke Obata;Y. Sasaki;M. Katayama;K. Domen;K. Takanabe
通讯作者：
K. Takanabe