東研究室の主要な研究論文の紹介
2021年11月1日に宮崎大学テニュアトラック推進室に着任し、2025年4月1日より工学部へ所属が変わりました。本ページでは、当研究室メンバーが筆頭著者または責任著者として発表した主要な学術論文の概要を紹介します。
Semitransparent Ternary NiFeCoOx Cocatalyst Layers with Optimized Loading Balancing Transparency and Oxygen Evolution Activity on FTO and Hematite Photoanodes
Koichi Yoshiyama, Tian Xiao, Yusuke Aso, Moeka Hie, Kenji Yoshino, Tomohiro Higashi*, ACS Appl. Energy Mater., 2026.
太陽光を使って水から酸素をつくる光電気化学反応では、光をよく通しながら反応も助ける表面触媒が重要です。本研究では、Ni、Fe、Coからなる薄い酸化物膜を湿式法で作製し、光の透過性と酸素生成反応のしやすさのバランスを詳しく調べました。その結果、最適な量で表面を修飾すると、光を十分に通しつつ反応効率を高められることが分かりました。従来の二元素系触媒よりも高い性能を示し、光電気化学水分解用デバイスの高効率化に役立つ材料であることを示しました。
Electrochemical Identification of Surface States Limiting Overall Water Splitting in Particulate Oxynitride Photocatalyst
Tomohiro Higashi*, Tian Xiao, Faze Wang, Jiadong Xiao, Yuriy Pihosh, Atsushi Ohnishi, Takashi Hisatomi, Kazunari Domen*, ACS Energy Lett., 2026.
可視光で水から水素・酸素をつくれる酸窒化物光触媒は有望ですが、純水だけの完全な水分解が難しい原因の一つは、表面と水溶液の境界で電子がどう動くか（界面のエネルギー）が未解明だったためです。本研究では SrTaO2N などの粉末の光触媒微粒子を電極に加工して電気化学的に調べ、欠陥に由来する電子状態が 0.5 V（vs. RHE）付近に存在し、水分解の半反応やZスキームには寄与する一方で、電子と正孔の再結合を増やして純水の完全分解を妨げることを突き止めました。欠陥状態を除去・不活性化することが、酸窒化物の光触媒材料での水の完全分解の実現に向けた重要な指針になります。
Selective Chromium Dissolution as an Interfacial Design Strategy for Enhanced Oxygen Evolution Activity in CrFeCoNi Oxy-Carbide Films
T. Xiao, K. Yoshiyama, K. Yoshino, T. Higashi*, Discov. Electrochem., 2025.
本研究では、単一ステップの電気析出法によって作製された非晶質CrFeCoNi酸炭化物薄膜が、優れた酸素生成反応（OER）性能（10 mA cm⁻²で過電圧264 mV）を示しました。特に、Crの選択的な酸化溶出が触媒活性、安定性、そして導電性を高める要因となったことが明らかになりました。この成果は、水電解用電極触媒として高エントロピー化合物を活用するための有望な設計戦略を提供するものです。今後の研究においても、この溶出機構は高性能触媒の開発に寄与すると期待されます。
Front Cover: (ChemPhotoChem 3/2025)
ChemPhotoChem 2025, 3, e202580301.
「ChemPhotoChem」は、人工光合成技術・光触媒化学・光電気化学・分光分析化学・太陽電池など、基礎光化学と応用光化学を専門にする査読付き科学ジャーナルです。2025年3月号の表紙を飾りました。
Maximizing Oxygen Evolution Performance of NiFeOx Semitransparent Electrocatalysts Applicable to Photoelectrochemical Water Splitting Device
K. Yoshiyama, T. Higashi*, T. Xiao, K. Yoshino, ChemNanoMat 2025.
フッ素ドープ酸化スズ（FTO）透明導電基板上にニッケル鉄酸化物（NiFeOx）薄膜を塗布し、酸素生成反応（OER）の速度とNiFeOxの担持量（Γ）の関係を調査しました。FTO上で最適なΓ値を用いることで、最高のOER速度を達成することが可能となりました。この最適化された担持条件をヘマタイト光電極の表面修飾に応用した結果、光電気化学特性の向上が確認されました。
Development of thermally stable FTO thin films on quartz substrates for carrier collection in semiconductor photoelectrodes
T. Higashi*, S. Fukagawa, K. Wakishima, K. Yoshiyama, Y. Narita, K. Yoshino, J. Mater. Chem. C 2024.
500℃以上での熱処理後でも低い電気抵抗率を維持するフッ素ドープ酸化スズ（FTO）透明導電基板の作製に取り組みました。700℃でも電気特性の劣化は示さず、また、作製したFTO上に接合させたp型CuBi2O4光電極での光励起キャリアの輸送を高効率に駆動できました。
Interfacial Design of Particulate Photocatalyst Materials for Green Hydrogen Production
T. Higashi*, K. Domen*, ChemSusChem 2024.
窒化物、酸窒化物、酸硫化物などの可視光応答型微粒子光触媒による光触媒水分解の最近の進展について詳述しました。 本総説は、微粒子光触媒の材料設計、効率的なグリーン水素製造を達成するための助触媒を用いた界面設計戦略、微粒子光電極を用いた固液界面における光触媒の電気化学的および半導体的特性についての見解を網羅しています。
Understanding the Activation Mechanism of RhCrOx Cocatalysts for Hydrogen Evolution with Nanoparticulate Electrodes
T. Higashi*, K. Seki, V. Nandal, Y. Pihosh, M. Nakabayashi, N. Shibata, K. Domen, ACS Appl. Mater. Interfaces 2024.
光触媒的水分解において広く使用されるロジウム－クロム複合酸化物のどの部位が触媒サイトであるかという疑問を持ちました。この問いに答えるため、ナノ粒子電極を作製し調査を行ったところ、水素生成中に形成される金属状のロジウムが触媒サイトであることが判明しました。
Photoelectrochemical properties of p-type CuBi2O4 prepared by spray pyrolysis of carbon-free precursor aqueous solution combined with post-annealing treatment
K. Wakishima, T. Higashi*, A. Nagaoka, K. Yoshino, New J. Chem. 2024.
1.7 eVのバンドギャップを持つp型のCuBi2O4をスプレー熱分解法で作製しました。ポストアニール処理によって光電極の特性が向上しました。
Electrochemical Properties of BaTaO2N Photocatalyst with Visible-Light-Driven Water Splitting Capability
T. Higashi*, S. Nishimae, Y. Inoue, Y. Kageshima, K. Domen, ChemPhotoChem 2023.
バリウムタンタル酸窒化物（BTON）光触媒微粒子からなる光電極を作製し、固液界面における光電極の特性を調査しました。水を良く分解するBTON粒子は、その光電極特性も優れていることがわかりました。
Physicochemical insights into semiconductor properties of a semitransparent tantalum nitride photoanode for solar water splitting
T. Higashi*, H. Nishiyama, Y. Pihosh, K. Wakishima, Y. Kawase, Y. Sasaki, A. Nagaoka, K. Yoshino, K. Takanabe, K. Domen*, Phys. Chem. Chem. Phys. 2023.
透明絶縁基板上に直接成膜した窒化タンタル薄膜を使用し、光電気化学水分解の光電極としての応用に取り組みました。
この研究では、窒化タンタル薄膜の電気的特性と水分解速度との関連を詳細に調査しました。その結果、薄膜の抵抗を低減することによって、水分解速度が顕著に向上することが明らかになりました。
Mechanistic Insights into Enhanced Hydrogen Evolution of CrOx/Rh Nanoparticles for Photocatalytic Water Splitting
T. Higashi*, K. Seki, Y. Sasaki, Y. Pihosh, V. Nandal, M. Nakabayashi, N. Shibata, K. Domen, Chem. A Eur. J. 2023.
光触媒的水分解におけるモデル助触媒として、ロジウムナノ粒子（RhNP）上の水素発生反応（HER）を調査しました。RhNP上に2nm厚の超薄型クロム酸化物（CrOx）層を施すことで、HER活性が顕著に向上することがわかりました。電気化学測定により、CrOx/RhNPは電子移動過程を促進し、CrOx層内のH+ホッピングを通じてH+がRhNP表面に到達することが明らかになりました。
Design of semitransparent tantalum nitride photoanode for efficient and durable solar water splitting
T. Higashi*, H. Nishiyama, V. Nandal, Y. Pihosh, Y. Kawase, R. Shoji, M. Nakabayashi, N. Shibata, H. Matsuzaki, K. Seki, K. Takanabe, K. Domen*, Energy Environ. Sci. 2022.
高出力スパッタリングによる金属Taの成膜後に高温アンモニア処理による窒化反応を行うことで、透明なGaN/Al2O3導電基板上にTa3N5薄膜を作製しました。この薄膜表面に超薄型のNiFeOx電触媒層を均一に修飾することで、半透明のTa3N5光電極の安定性が大幅に向上し、疑似太陽光照射下で1.23 Vの可逆水素電極に対して7.4 mA cm−2の光電流が生成されました。透明なTa3N5光電極とCuInSe2太陽電池を組み合わせたタンデム型セルによる水分解により、これまでの金属酸化物/窒化物ベースの光電気化学タンデムセル中で最高となる初期STH効率9％を実証しました。測定と理論モデリングを用いて、さらなる性能向上のための最も重要なTa3N5薄膜パラメータを特定するために、電荷キャリアの動力学と輸送特性が議論されました。