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持続可能な社会の実现に向けた可视光応答型酸化物半导体の创製と机构解明の研究
理工学部数理?物理コース
松川伦明
材料科学?物性物理学
岩手大学理工学部ではソフトパス理工学の理念のもとに持続可能な社会の実现に向けて科学技术の新たなイノベーションの创出を目指しています。
光触媒物质は、光を照射することにより水を分解して水素を生成するので、水素エネルギー循环型社会の构筑に必须のものです。また、この物质には、环境浄化やウイルスなどの有害物质を弱毒化するなどの働きがあります。现在空気清浄机などに実用化されている酸化チタンは、太阳光下では十分な机能を示さないことが知られているので、新规の光触媒材料の创製が望まれています。この材料は、太阳光パネルで使用されている电池やデータ保存に使用するフラッシュメモリーなど身近に使用されている电子机器の心臓部にある半导体とおなじ性质をもっています。
数理?物理、电気电子通信及び化学コースの研究者から构成される分野横断的な研究グループによる新规な光触媒半导体の创製とその机构解明に関して最近の研究成果を绍介します。
研究成果の概要
高温超伝导を示す物质と类似のペロブスカイト构造を有する希土类酸化物半导体をサイトレイト法（参考文献１参照）とよばれる特殊な手法により合成し、高い光触媒特性を示すことを明らかにしました。特に、光触媒半导体のバンドギャップを元素置换により制御することで、酸化型のものから水素を生成する还元型の光触媒特性を示す物质を得ることが可能となりました。（掲载论文及び参考文献2参照）光触媒物质の组成の最适化には、人工知能(础滨)のアルゴリズムとしてよく利用されている机械学习の手法を适用しています。また、第一原理计算の手法（参考文献3）を适用して、希土类酸化物のペロブスカイト构造から光触媒特性に适したバンド构造を推定しています。光源は太阳光に类似したスペクトルを有する齿别ランプを使用した光照射によるメチレンブルー溶液分解実験については、环境汚染物质除去のシミュレーションとして考えらており、2时间程度でほぼメチレンブルー溶液は光触媒粒子との反応により完全に分解しました。酸化型と还元型の2つの特徴を有する物质を组み合わせハイブリッド化することにより、水分解による水素生成や有害物质の除去を効率的に実行できると期待されます。最近は、植物の光合成机构と类似している窜スキーム型ペロブスカイト系光触媒复合薄膜の研究に取り组んでおり、触媒特性の向上が见出されています。
掲载论文
題 目：Enhanced photocatalytic activities under visible light of double-perovskite oxide semiconductor Ba2Tb(Bi,Sb)O6 with mixed-valence
着 者：ダヤル?チャンドラ?ロイ 理工学研究科博士课程２年
松川 伦明 理工学部数理?物理コース 教授
米内 孝徳 理工学専攻数理?物理コース修士课程２年
荒木田南実 理工学専攻数理?物理コース修士课程１年
谷口 晴香 名古屋大学工学部?讲师（理工学部?元助教）
西馆 数芽 理工学部电気电子通信コース 教授
会泽 纯雄 理工学部化学コース 准教授
松下 明行 物质?材料研究机构 名誉研究员
Lin Shiqi 物質?材料研究機構 研究員
誌 名：J Mater Sci: Mater Electron (2023) 34:281
公表日：令和5年1月25日
ＵＲＬ：
参考文献
1. T. Senzaki, M. Matsukawa,T. Yonai, H. Taniguchi, A. Matsushita et al. , Chap. 9. In: Functional Materials Synthesis and Physical Properties, ed by M. Bartoli (IntechOpen, 2022). https://doi.org/10.5772/intechopen.100241.
2. A. Sato, M. Matsukawa, H. Taniguchi, S. Tsuji, K. Nishidate, S. Aisawa et al, Solid State Sci. 107,10635-1-7 (2020)
3. K. Nishidate, A. Adiko, M. Matsukawa, H. Taniguchi, A.Sato, et al., Mater. Res. Express 7, 065505-1-8 (2020)
本研究は、以下の研究事业の成果の一部として得られました。
?科学研究費助成事業19K04995?基盤研究（Ｃ）「可視光応答型ダブルペロブスカイト半導体薄膜の高機能化と光触媒物性の解明」（研究代表者：松川伦明）
?科学研究费助成事业21碍05140?基盘研究（Ｃ）「第一原理计算によるダブルペロブスカイト型光触媒の研究」（研究代表者：西馆数芽）
本件に関する问い合わせ先
理工学部数理?物理コース 教授 松川伦明019-621-6358
matsukawa@iwate-u.ac.jp