【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.04】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24SH0009

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）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【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）-

キーワード / Keywords

水分解光触媒　酸硫化物　金属触媒　粉末,電子顕微鏡/ Electronic microscope

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 in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators 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)

水由来のグリーン水素を大規模かつ安価に製造する技術として，粉末光触媒を用いた太陽光水分解反応が研究されている．半導体光触媒は，光励起により発生した電子と正孔が再結合することなく反応が起こる表面まで輸送できるように結晶性であることが求められる．また，半導体表面は酸化還元反応にあまり活性ではないため，活性点として機能する金属または金属酸化物の微粒子を助触媒として担持する必要がある．このとき，助触媒と光触媒の界面の構造によって電荷移動が促進されたり阻害されたりすることがある．そのため，高効率な水分解光触媒の開発においては，光触媒と助触媒の局所構造や結晶性を詳細に解析する必要がある．本研究では，二硫化炭素硫化法で合成したY₂Ti₂O₅S₂光触媒微粒子の結晶性と表面に担持されたRh助触媒成分の分布状態を透過型電子顕微鏡を用いて解析した．

実験 / Experimental

原料となるY₂O₃とTiO₂と，フラックスとして作用するCaCl₂の混合物を窒素希釈した二硫化炭素気流中で加熱硫化することでY₂Ti₂O₅S₂合成した．得られたY₂Ti₂O₅S₂の一部は常温で15分間王水処理し，水洗した．Y₂Ti₂O₅S₂に対し，Rh助触媒は含浸・水素還元法で担持し，CoO_x助触媒は含浸・焼成法でそれぞれ担持した．Y₂Ti₂O₅S₂及びRh担持後のY₂Ti₂O₅S₂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．．明視野像モードで粒子を探し，比較的形状の明瞭なY₂Ti₂O₅S₂粒子及びRhが担持されたY₂Ti₂O₅S₂粒子を観察した．

結果と考察 / Results and Discussion

王水での処理により，Rhを担持したY₂Ti₂O₅S₂の水素生成活性は安定化した．また，CoO_xを担持したY₂Ti₂O₅S₂の水素生成活性の酸素生成活性は向上した．図1に王水処理なし及び王水処理を施したY₂Ti₂O₅S₂のRh助触媒担持前後のTEM像を示す．王水処理後の試料は格子縞がより明瞭に観察されたことから（図1b），表面の非晶質層が王水により除去されたと考えられる．また，王水処理を施した試料には，​​より形状が明確で粒径の大きいRh微粒子が担持されている様子が観察された（図 1d)． これは，王水処理した試料にはRh³⁺ が吸着しやすくなり，水素還元後の助触媒と表面の接触が改善されたことを示唆している．そのため，助触媒の劣化が起こりにくくなり，水素生成活性が安定化されたと考えられる．  

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1．(a)Y₂Ti₂O₅S₂，(b)Rh担持後のY₂Ti₂O₅S₂，(c)王水処理後のY₂Ti₂O₅S₂，(d) 王水処理・Rh助触媒担持後のY₂Ti₂O₅S₂の透過型電子顕微鏡像．Reproduced from Photocatalytic performance of Y₂Ti₂O₅S₂ prepared via carbon disulfide sulfurization. L. Lin, Q. Li, Y. Kanazawa, K. Kanie, M. Nakabayashi, C. Gu, D. Lu, T. Hisatomi, T. Takata and K. Domen,  J. Mater. Chem. A，2025, 13, 4940. DOI: 10.1039/D4TA08167F. Published by the Royal Society of Chemistry. © The Royal Society of Chemistry 2025.

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

Photocatalytic performance of Y₂Ti₂O₅S₂ prepared via carbon disulfide sulfurization. L. Lin, Q. Li, Y. Kanazawa, K. Kanie, M. Nakabayashi, C. Gu, D. Lu, T. Hisatomi, T. Takata and K. Domen,  J. Mater. Chem. A，2025, 13, 4940. 

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. Lihua Lin, Photocatalytic performance of Y₂Ti₂O₅S₂ prepared via carbon disulfide sulfurization, Journal of Materials Chemistry A, 13, 4940-4947(2025).
   DOI: 10.1039/D4TA08167F
   

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