層状酸ハライド光触媒の新物質開拓、バンド構造制御、動的性質の解明

新材料开发、能带结构控制以及层状卤化物光催化剂动态性能的阐明

• 批准号: 18J22254
• 负责人: 加藤 大地
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J22254/
• 关键词: 光触媒; 固体化学; バンド構造制御; 結晶構造制御; 複合アニオン

加藤およびそのグループは、層状酸ハロゲン化物Bi4NbO8Clが特異なバンド構造に由来して、安定かつ高効率な光触媒として機能することを見出し、さらに加藤は、修士過程の終盤において層状ハロゲン化物の物質群のバンド構造がお互いに異なる理由を、マーデルング解析を用いて明らかにしてきた(J. Am. Chem. Soc. 2017)。今年度はさらにマーデルング解析を拡張することで遠距離のイオンがバンド構造にどのように関わっているかを明らかにし、その成果をまとめた論文は、J. Mater. Chem. A誌に掲載され、加藤は筆頭著者である。さらに、研究計画書でも予定していたBi4NbO8Clに対するLa固溶について、La固溶体についてシンクロトロンXRD、SHG、誘電率の測定等を行うことで、La固溶に伴い、普通の強誘電体的状態から所謂リラクサー強誘電体のような振る舞いにクロスオーバーすることを明らかにした。さらにこのクロスオーバー付近で、光触媒活性が向上することを見出し、その相関やメカニズムについて現在検討中である。その他にも、あらたな層構造制御として、Bi2O2層の間にMO2層（M = Y, La, Bi）を挿入したBi2MO4層を持つ派生構造に着目し、構造解析から、Mの種類によってBi2MO4Cl中のBiO面が、鎖状の異なる構造歪みを示すことを明らかにした。また、鎖の構造歪に伴って、Bi2O2層を基本とする派生構造においては困難であった伝導帯の制御が可能であることが分かった。加藤は本研究成果をまとめた論文を現在執筆中である。以上のように、加藤の研究は順調に進展している。

加藤和他的团队发现，层状酰基卤 Bi4NbO8Cl 由于其独特的能带结构，可以作为一种稳定、高效的光催化剂。此外，在硕士课程结束时，加藤发现层状酰卤 Bi4NbO8Cl 可以作为一种稳定、高效的光催化剂。我们使用马德隆分析阐明了能带结构彼此不同的原因（J. Am. Chem. Soc. 2017）。今年，通过进一步扩展马德隆分析，我们将阐明长距离离子如何参与能带结构，总结结果的论文将发表在《J. Mater》上，Kato 是第一作者。此外，对于研究计划中计划的Bi4NbO8Cl中的La固溶体，我们对La固溶体进行了同步加速器XRD、SHG、介电常数测量等，结果表明该材料发生了类似于以下的行为。所谓的弛豫铁电材料。此外，我们发现光催化活性在这种交叉附近有所提高，我们目前正在研究其相关性和机制。此外，作为一种新的层结构控制，我们重点研究了具有 Bi2MO4 层的派生结构，其中在 Bi2O2 层之间插入 MO2 层（M = Y，La，Bi），并且从结构分析中我们发现，取决于M 型，已经表明，BiO 表面表现出不同的链状结构扭曲。此外，还发现导带可以通过链的结构扭曲来控制，这在基于 Bi2O2 层的衍生结构中是困难的。加藤目前正在撰写一篇论文，总结这项研究的结果。如上所述，加藤的研究进展顺利。

项目成果

マーデルング解析と用いた層状ビスマスハロゲン化物光触媒のバンド構造制御

使用马德隆分析控制层状卤化铋光催化剂的能带结构

• 发表时间: 2018
• 作者: Suzuki Hajime;Kunioku Hironobu;Higashi Masanobu;Tomita Osamu;Kato Daichi;Kageyama Hiroshi;Abe Ryu;Daichi Kato;加藤大地
• 通讯作者: 加藤大地

Valence Band Engineering of Layered Bismuth Oxyhalides toward Stable Visible-Light Water Splitting: Madelung Site Potential Analysis

• DOI: 10.1021/jacs.7b11497
• 发表时间: 2017-12-27
• 期刊: JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
• 影响因子: 15
• 作者: Kato, Daichi;Hongo, Kenta;Kageyama, Hiroshi
• 通讯作者: Kageyama, Hiroshi