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新しい設計概念による水分解用固体光触媒の開発

固体光触媒を用いた水の分解は、人工光合成の観点から極めて重要な反応です。特に、太陽光の主成分である400 nm以上の可視光を吸収して水を効率良く分解する光触媒反応系の構築が強く望まれています。本テーマでは、全く新しい設計概念により水の分解に活性な光触媒を開発することを目指すものです。
 例えば酸窒化タンタル(TaON)は、もっともよく知られた可視光応答型光触媒のひとつであり、世界中で広く研究されています。 しかし、合成過程で生じる表面の格子欠陥構造が光触媒活性を低減させていることが問題となっていました。 最近の研究により、このような光触媒活性低下に直結する格子欠陥の生成は、酸化ジルコニウム(ZrO2)で修飾することで大幅に低減できることがわかりました。これによって得られたZrO2/TaON光触媒は、酸化タングステンと組み合わせた Zスキーム型水分解システムにおいて、TaONからなる系よりも10倍以上の高活性を示し、そのみかけの量子収率は420 nmの単色光照射下で6.3%に達します。現在のところ、この系は世界最高の水分解活性を誇っています。

図.ZrO2/TaONとWO3を組み合わせた2段階励起可視光水分解システム