豊田工業大学

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センターの概要

平成27年度事業発足   
センター長:本山 幸弘

研究プロジェクトの意義・目的

 

  日本や世界を取り巻く資源や環境,エネルギー情勢から,化石燃料に替わるエネルギー源の多様化と自給率向上が,また,物質を合成する際には元素戦略に立脚した製造プロセスへの転換が求められています.  本研究プロジェクトは,水素を中心とする炭素,窒素,酸素,ケイ素との元素間結合の活性化と切断,さらに新たな結合生成反応の高度制御を「デザインされた高機能金属触媒」により達成し,これからの低炭素社会を支える再生可能エネルギーを有効活用した新たなエネルギーの生成・貯蔵・供給システムの開発と,有用物質の効率的な合成を目指すものです.  水素関連化合物の合成,およびこれらを用いた効率的反応を可能とする「触媒」を開発することで,国が推進する水素社会や元素戦略に大きく貢献できると考えています.

研究テーマ


水素製造
 光触媒を使うと太陽光を利用して水から水素を製造することができます。この反応効率は生成した電子と正孔の動きで決まります。我々は微粒子の中に一瞬だけ存在する電子と正孔の動きやそれらの反応活性を解析する新しい分析方法を確立しました。 この方法を用いて電子と正孔の動きを分析し制御することで、より高い活性で水を分解できる光触媒を開発します。
水素貯蔵・再放出
ダイレクト燃料電池用触媒の開発と評価
我々は燃料電池内部の反応をin-situで測定可能な赤外およびラマン分光装置を開発し、電極触媒上での水素キャリア分子の反応挙動の解析と生成物の分析を行うことで、ダイレクト燃料電池用の高活性・高反応選択性・高耐久性を持つアノード触媒の合成指針の確立と、燃料電池の作動条件の最適化を行います。


水素利用
高機能触媒の創製と実践的な還元反応開発
金属をナノサイズにすると、均一系分子触媒やバルク金属と比較して特異的な反応活性を示すことが知られています。 我々は有機金属錯体から穏和な条件で金属ナノ粒子を発生させ、炭素材料に担持した不均一系の担持触媒やコロイド型触媒の合成法を確立しています。これらの新規な金属触媒を用いて、実践的な還元反応を開発します。
評価

水素関連化合物キャラクタリゼーション

水素関連化合物の水素原子位置をも含む結晶構造、高次構造などの詳細をX線回折、中性子回折、電子線回折、赤外ラマン振動分光、計算機シミュレーションなど最先端分析技術を駆使して解明しています。

 また、これらの化合物の表面状態分析を走査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、透過型電子顕微鏡、X線光電子分光法などを用いて総合的に行い、触媒物性との関連性を探究しています。

研究メンバー

触媒有機化学研究室 本山 幸弘  
半導体研究室 大下 祥雄
表面科学研究室 吉村 雅満 、原 正則
量子界面物性研究室 山方 啓

極限高分子材料研究室 田代 孝二

 

業績

◆学会発表 

<触媒有機化学研究室>

2016

パラジウム触媒によるアミド化合物のシラン還元:反応機構の解析

寺本一季、細川さとみ、本山幸弘

第47回中部化学関係学協会支部連合秋季大会(豊橋)2106,1P-06(11/5).

パラジウム触媒を用いたカルボニル化合物の簡便な還元法

細川さとみ,寺本一季,本山幸弘

日本プロセス化学会2016サマーシンポジウム(名古屋)2016, 2P-15 (7/29).

 

2015

Facile Silane-Reduction of Tertiary Carboxamides by Using Palladium on Carbon Catalyst

S. Hosokawa, K. Teramoto, Y. Motoyama

The 13th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry (IKCOC-13) (Kyoto) 2015, PB(C)-32 (11/11).

 

活性炭担持パラジウム触媒による新規なアミド化合物のシラン還元反応

寺本一季,細川さとみ,本山幸弘

第46回中部化学関係学協会支部連合秋季大会(津)2015, 2P69 (11/7).

 

窒素含有炭素ナノ繊維担持Pdナノ粒子による芳香族ケトンの選択的水素化反応

森井昂至,井本聡,細川さとみ,本山幸弘

第46回中部化学関係学協会支部連合秋季大会(津)2015, 2P70 (11/7).

 

<量子界面物性研究室>

2016

Dynamics of Photocarriers of Brookite TiO2 Studied by Spectroscopic Techniques: A Comparison with Anatase and Rutile TiO2 Photocatalysts
Junie Jhon M. Vequizo, Hironori Matsunaga, Teruhisa Ohno, Akira Yamakata
第26回日本MRS年次大会(横浜)2016,(12/20),(招待講演)

 

Behaviors of Photogenerated Electrons and Holes in SnO2/BiVO4/CoOx Heterojunctions
C. S. K. Ranasinghe, Akira Yamakata
第16回日本表面科学会中部支部学術講演会(名古屋)2016,(12/17)

 

フェムト秒時間分解分光測定を用いた酸化チタン表面欠陥におけるキャリアダイナミクス
松永大典, Junie Jhon M. Vequizo, Akira Yamakata
第16回日本表面科学会中部支部学術講演会(名古屋)2016,(12/17)

 

新しい分光技術を利用した光触媒反応の機構解明
山方啓

山口大学 光・エネルギー研究センターシンポジウム 光科学が生み出す新しい世界  −光制御と分光技術の最前線−(宇部)2016,(12/14),招待講演)

 

時間分解分光測定を利用した金属微粒子を担持した光触媒のキャリアーダイナミクス
山方啓
第36回表面科学学術講演会(名古屋)2016,(11/30),(依頼講演)

 

Transient Absorption and FT-IR Analysis of the Carrier Dynamics of TiO2 Photocatalysts
Junie Jhon M. Vequizo, Hironori Matsunaga, Shou Okamura, Teruhisa Ohno, Akira Yamakata
第36回表面科学学術講演会(名古屋)2016,(11/30)

 

フェムト秒時間分解分光測定を用いた光触媒のキャリアダイナミクス
松永大典, Junie Jhon M. Vequizo, 山方啓
第36回表面科学学術講演会(名古屋)2016,(11/30)

 

フェムト秒時間分解分光法による酸化チタン光触媒のキャリアダイナミクス
松永大典, 山方啓
2016年電気化学会北海道支部・東海支部合同シンポジウム「インテリジェント電気化学の新潮流」(札幌)2016,(11/23)

 

Dynamics of Photocarriers of Metal Nitrides/Oxynitrides Studied by Transient Absorption Spectroscopy: Controlling the Effects of Defects
Junie Jhon M. Vequizo, Akira Yamakata, Mirabbos Hojamberdiev, Kenta Kawashima, Hajime Wagata, Kunio Yubuta, Shuji Oishi, Kazunari Domen, Katsuya Teshima
2016 International Conference on Materials Science and Nanotechnology (ICMSN)(Dumaguete City, Philippines)2016,(10/21)

 

半導体光触媒の光励起ダイナミクス
山方啓
第2回 「半導体による太陽光−水素エネルギー変換技術研究会」(名古屋)2016,(10/13),(招待講演)

 

有機半導体と金属錯体との複合体を光触媒とした可視光駆動型CO2 還元光触媒反応
栗木亮, 松永大典, 中島拓哉, 山方啓, 石谷治, 前田和彦
第118回触媒討論会(盛岡)2016,(9/22)

 

Transient Visible to Mid-IR Absorption Spectroscopic Analysis of the Dynamics of Photocarriers in Metal Nitride/Oxynitride Photocatalysts
Junie Jhon M. Vequizo, Akira Yamakata, Mirabbos Hojamberdiev, Kenta Kawashima, Hajime Wagata, Kunio Yubuta, Shuji Oishi, Kazunari Domen, Katsuya Teshima
第118回触媒討論会(盛岡)2016,(9/22)

 

Transient Absorption Study of Photogenerated Charge Carriers in Electrochemical Systems
C. S. K. Ranasinghe, Akira Yamakata
第118回触媒討論会(盛岡)2016,(9/22)

 

酸素欠損型不定比SrTiO3-δ の水分解光触媒活性
西岡駿太, 兵頭潤次, 山方啓, 山崎仁丈, 前田和彦
第118回触媒討論会(盛岡)2016,(9/21)

 

時間分解可視赤外分光法を用いた粉末酸化チタンのキャリアーダイナミクス
山方啓, Junie Jhon M. Vequizo, 松永大典
第10回分子科学討論会2016(神戸)2016,(9/13)

 

フェムト秒時間分解分光法を用いたTiO2 粉末と単結晶のキャリアダイナミクス
松永大典, Junie Jhon M. Vequizo, 山方啓
2016年光化学討論会(東京)2016,(9/7)

 

Time-resolved IR absorption study of photogenerated charge carrier dynamics in BiVO4/SnO2 and BiVO4/CoOx heterojunctions
C. S. K. Ranasinghe, Akira Yamakata
4th Conference on Sri Lanka - Japan Collaborative Research - 2016 (SLJCR-2016)(Kandy, Sri Lanka)2016,(8/20)

 

Curious Behaviors of Photogenerated e- and h+ in Anatase and Rutile TiO2 Powders
Akira Yamakata
IKM International Symposium on Pure & Applied Chemistry (ISPAC) 2016(Kuching, Malaysia)2016,(8/17),(招待講演)

 

Behavior of Photogenerated Electrons and Holes on Anatase and Rutile TiO2 Powders
Akira Yamakata
Collaborative Conference on 3D and Materials Research (CC3DMR) 2016(Incheon, South Korea)2016,(6/22),(招待講演)

 

酸素欠陥濃度を制御した不定比SrTiO3-δ の水分解光触媒活性
西岡駿太, 兵頭潤次, 山方啓, 山崎仁丈, 前田和彦
第35回光がかかわる触媒化学シンポジウム(東京)2016,(6/10)

 

ブルッカイト酸化チタンのキャリアーダイナミクス
Junie Jhon M. Vequizo, 松永大典, 山方啓, 横野照尚
第35回光がかかわる触媒化学シンポジウム(東京)2016,(6/10)

 

2015

酸化チタン光触媒のフェムト秒時間分解分光測定
松永大典, Junie Jhon M. Vequizo, 山方啓
第15回日本表面科学会中部支部学術講演会(名古屋)2015,(12/19)

 

Dynamics of photocarriers in SrTiO3 studied by transient absorption spectroscopy: Elucidation of the effects of defects
Junie Jhon M. Vequizo, Akira Yamakata
Pacifichem 2015(Hawaii, USA)2015,(12/17)

 

Time-resolved visible to mid-IR absorption study on the behavior of photogenerated electrons and holes in LaTiO2N visible light responsive water splitting photocatalysts
Akira Yamakata, Masayuki Kawaguchi, Jun Kubota, Kazunari Domen
Pacifichem 2015(Hawaii, USA)2015,(12/16)

 

フェムト秒時間分解分光を用いた可視光照射下の光触媒のキャリアダイナミクス
松永大典, 山方啓
第25回日本MRS年次大会(横浜)2015,(12/9)

 

Dynamics of Photogenerated Charge Carriers in Metal Nitride Photocatalysts Studied by Time-Resolved Absorption Spectroscopy
Junie Jhon M. Vequizo, Akira Yamakata, Mirabbos Hojamberdiev, Kunio Yubuta, Shuji Oishi, Kazunari Domen, Katsuya Teshima
第25回日本MRS年次大会(横浜)2015,(12/9)

 

Behaviors of Photogenerated Charge Carriers in Single-Crystalline and Polycrystalline Powder SrTiO3
Akira Yamakata
2015 EMN Meeting on Photocatalysis (Energy Materials Nanotechnology)(Las Vegas, USA)2015,(11/23),(招待講演)

 

Distinctive photocatalytic activities of polycrystalline anatase and rutile TiO2 studied by transient absorption spectroscopy
Junie Jhon M. Vequizo, Hironori Matsunaga, Akira Yamakata
2015 International Conference on Applied Materials and Optical Systems

(ICAMOS)(Cavite, Philippines)2015,(10/22)

 

フェムト秒時間分解分光法を用いた光触媒のキャリアダイナミクス
松永大典, 山方啓
第116回触媒討論会(三重)2015,(9/17)

 

Dynamics of photocarriers in anatase and rutile TiO2 photocatalysts studied by transient absorption spectroscopy from visible to mid-IR region
Junie Jhon M. Vequizo, Akira Yamakata
第116回触媒討論会(三重)2015,(9/16)

 

時間分解可視中赤外分光測定でみた光触媒のキャリアーダイナミクス
山方啓, Yeilin Ham, 久富隆史, 久保田純, 堂免一成
2015年光化学討論会(大阪)2015,(9/11)

 

◆論文

<触媒有機化学研究室>

2016

Palladium on Carbon-Catalyzed Silane-Reduction of Tertiary Carboxamides: Soluble Palladium Colloids are an Active Catalyst Species

S. Hosokawa, K. Teramoto, Y. Motoyama

ChemistrySelect 2016, 1, 2594-2602.

 

<量子界面物性研究室>

2016
Cation-Dependent Restructure of the Electric Double Layer on CO-Covered Pt Electrodes: Difference between Hydrophilic and Hydrophobic Cations
Akira Yamakata*, Masatoshi Osawa
J. Electroanal. Chem. 2017, in press

 

The contrasting effect of the Ta/Nb ratio in (111)-layered B-site deficient hexagonal perovskite Ba5Nb4-xTaxO15 crystals on visible-light-induced photocatalytic water oxidation activity of their oxynitride derivatives

Mirabbos Hojamberdiev, Maged F. Bekheet, Ehsan Zahedi, Hajime Wagata, Junie Jhon M. Vequizo, Akira Yamakata, Kunio Yubuta, Aleksander Gurlo, Kazunari Domen, Katsuya Teshima*
Dalton Trans. 2016, 45, 12559-12568

 

Photocatalytic Property of Metal ion Added SrTiO3 to Overall H2O splitting
Yoshihisa Sakata*, Yoshiko Miyoshi, Tatsuya Maeda, Kohki Ishikiriyama, Yuki Yamazaki, Hayao Imamura, Yeilin Ham, Takashi Hisatomi, Jun Kubota, Akira Yamakata, Kazunari Domen*
Appl. Catal. A- Gen. 2016, 521, 227-232

 

Enhancement of Photoelectrochemical Activity of SnS Thin-film Photoelectrodes using TiO2, Nb2O5, and Ta2O5 Metal Oxide Layers
Junie Jhon M. Vequizo, Masanori Yokoyama, Masaya Ichimura, AkiraYamakata*
Appl. Phys. Express 2016, 9, 067101

 

酸化チタン光触媒のキャリアーダイナミクス−粉末におけるアナターゼとルチルの特異的な挙動−
山方啓
光化学2016, 47, 25-32

 

Nature-Inspired, Highly Durable CO2 Reduction System Consisting of a Binuclear Ruthenium(II) Complex and an Organic Semiconductor Using Visible  Light
Ryo Kuriki, Hironori Matsunaga, Takuya Nakashima, Keisuke Wada, Akira Yamakata, Osamu Ishitani*, Kazuhiko Maeda*
J. Am. Chem. Soc.2016, 138, 5159-5170

 

Dynamics of Photogenerated Charge Carriers on Ni- and Ta-Doped SrTiO3 Photocatalysts Studied by Time-Resolved Absorption and Emission Spectroscopy
Akira Yamakata*, Masayuki Kawaguchi, Ryosuke Murachi, Masahiro Okawa, Itaru Kamiya
J. Phys. Chem. C 2016, 120, 7997-8004

 

2015
KCl Flux-Induced Growth of Isometric Crystals of Cadmium-Containing Early Transition-Metal (Ti4+, Nb5+, and Ta5+) Oxides and Nitridability to Form Their (Oxy)nitride Derivatives under an NH3 Atmosphere For Water Splitting Application
Mirabbos Hojamberdiev, Hajime Wagata, Kunio Yubuta, Kenta Kawashima, Junie Jhon M. Vequizo, Akira Yamakata, Shuji Oishi, Kazunari Domen, Katsuya Teshima*
Appl. Catal. B-Environ. 2016, 182, 626-635

 

Flux-mediated doping of SrTiO3 photocatalysts for efficient overall water splitting
Yeilin Ham, Takashi Hisatomi, Yosuke Goto, Yosuke Moriya, Yoshihisa Sakata, Akira Yamakata, Jun Kubota, Kazunari Domen*
J. Mater. Chem. A 2016, 4, 3027-3033

 

Distinctive Behavior of Photogenerated Electrons and Holes in Anatase and Rutile TiO2 Powders
Akira Yamakata*, Junie Jhon M. Vequizo, Hironori Matsunaga
J. Phys. Chem. C 2015, 119, 24538-24545

 

Morphology-sensitive trapping states of photogenerated charge carriers on SrTiO3 particles studied by time-resolved visible to Mid-IR absorption spectroscopy: The effects of molten salt flux treatments
Akira Yamakata*, Yeilin Ham, Masayuki Kawaguchi, Takashi Hisatomi, Jun Kubota, Yoshihisa Sakata, Kazunari Domen*
J. Photochem. Photobiol. A-Chem. 2015, 313, 168-175

 

NH3-Assisted Flux Growth of Cube-like BaTaO2N Submicron Crystals in a Completely Ionized Nonaqueous High-Temperature Solution and Their Water Splitting Activity
Mirabbos Hojamberdiev, Kunio Yubuta, Junie Jhon M. Vequizo, Akira Yamakata, Shuji Oishi, Kazunari Domen, Katsuya Teshima*
Cryst. Growth Des. 2015, 15, 4663–4671

 

NH3-Assisted Flux-Mediated Direct Growth of LaTiO2N Crystallites for Visible-Light-Induced Water Splitting
Kenta Kawashima, Mirabbos Hojamberdiev, Hajime Wagata, Kunio Yubuta, Junie Jhon M. Vequizo, Akira Yamakata, Shuji Oishi, Kazunari Domen, Katsuya Teshima*
J. Phys. Chem. C 2015, 119, 15896-15904

 

 



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