【公開日：2025.07.15】【最終更新日：2025.07.15】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

22SH0025

利用課題名 / Title

高活性な水分解光触媒の開発

利用した実施機関 / Support Institute

信州大学 / Shinshu Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）革新的なエネルギー変換を可能とするマテリアル/Materials enabling innovative energy conversion（副 / Sub）次世代ナノスケールマテリアル/Next-generation nanoscale materials

キーワード / Keywords

再生可能エネルギー材料, 化合物半導体, 複合材料, 触媒材料, 微粒子,電子顕微鏡/Electron microscopy,電子回折/Electron diffraction,ナノ粒子/ Nanoparticles

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

堂免 一成

所属名 / Affiliation

東京大学　特別教授室

共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes

久富隆史,LU, Daling,林卓哉,藤澤一範

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters in the Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

SH-001：ダブル球面収差補正付透過型電子顕微鏡

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

粉末光触媒を用いた太陽光水分解反応は，ソーラー水素を大規模かつ安価に製造する技術として研究されている．半導体表面は酸化還元反応にはさほど活性ではない．そのため，活性点として金属や金属酸化物などの微粒子が助触媒として担持される．さらにこの時，助触媒と光触媒の間で電荷移動を促進または妨害する固固界面が形成される場合がある．このように，助触媒の担持は光触媒の活性に大きく影響する因子であるため，助触媒の構造や組成を詳細に分析することが求められる．本研究課題では電子顕微鏡により酸窒化物及び酸硫化物光触媒上に担持された助触媒成分の構造を詳細に分析した．

実験 / Experimental

助触媒が担持された光触媒粉末を2-プロパノールに分散させ，ストローを用いてカーボン支持膜付き銅メッシュ上に1滴滴下し，乾燥させて測定試料とした．測定にはダブル球面収差補正付透過型電子顕微鏡JEM-2100を用いた．加速電圧は80 kVとした。電子線回折像の撮影の際は，二軸試料ホルダーを用いてX軸及びY軸方向に銅メッシュを回転させ，比較的形状の明瞭な粒子を観察した．その後，電子回折パターンを計算して粒子の結晶方位を決定した．

結果と考察 / Results and Discussion

Cr₂O₃/Pt/Y₂Ti₂O₅S₂及びCr₂O₃/Pt/Gd₂Ti₂O₅S₂のTEM像を観察したところ，光触媒表面にコアシェル状の助触媒が担持されていることが確認された．TEM像のコントラストから，PtコアをCr₂O₃シェルが被覆していると考えられた．Ptコアの大きさはおおむね5nm未満であり，Cr₂O₃シェルの厚さは2 nm程度未満であった．また，SrTaO₂N上に担持されたCoO_x助触媒の形態を観察した．CoO_x粒子の接触角は粒子径に依存しており，粒子径が小さい場合には密着性が良好であるのに対し，粒子径が大きい場合には球状にせり出している様子が頻繁に見られた．粒子径の違いは助触媒の機能に影響を与えると予想されるが，現時点では粒子形状・粒子径と助触媒担持効果の相関は不明である．さらに，CoO_xが光電着担持されたTa₃N₅粒子の形態を観察した．走査型透過電子顕微鏡HD-2300Aを用いた予備的な検討により，CoO_xはロッド状粒子の端面に担持される様子が観察されていたが，CoO_xとTa₃N₅の接合面は不明であった．JEM-2100による観察の結果，電子線回折像からCoO_xはTa₃N₅の(010)及び(0-10)面に担持されていることがわかった．

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

装置の使用にあたり、林卓哉教授、藤澤一範助教に装置の使用法及び調整法を指導していただいた。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Xizhuang Liang, Surface Modifications of Layered Perovskite Oxysulfide Photocatalyst Y₂Ti₂O₅S₂ to Enhance Visible‐Light‐Driven Water Splitting, Advanced Science, 12, (2024).
   DOI: https://doi.org/10.1002/advs.202412326
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件