反応場の解明による多機能・高性能複合光触媒の開発

• Project/Area Number: 15K21610
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Inorganic materials/Physical properties; Composite materials/Surface and interface engineering
• Research Institution: Aomori Prefectural Industrial Technology Research Center
• Principal Investigator: 角田 世治 地方独立行政法人青森県産業技術センター, 工業部門, 主任研究員 (50557808)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2017: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2016: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2015: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 光触媒 / 複合体 / オキシ水酸化鉄 / 酸化銅 / 亜酸化銅 / 複合材料 / 微細構造 / 色素分解

Outline of Annual Research Achievements

平成２８年度では、複合光触媒における高活性領域は接合界面に近い表面領域であるという前年度に得られた知見に基づき、複合化形態を制御することで高活性な複合光触媒材料を開発することを目的とした。ここで光触媒材料としては、これまでに最も活性が高かった銅酸化物光触媒（Cu2OまたはCuO）と鉄酸化物光触媒（α-FeOOH）からなる複合光触媒に着目した。
まず、前年度に得た知見から、光触媒粒子同士が結合してなる光触媒複合体が高い活性を発揮するために具備すべき構造を検討した。その結果、接合界面に近い表面領域が多い構造を得るためには、①個々の接点において接合界面が小さく、②接点の数が多いことが必要との結論に至った。次に、この構造を実現する光触媒複合体の合成方法を検証したところ、銅酸化物光触媒粒子と鉄酸化物光触媒粒子を分散媒中で凝集させることで高活性な複合光触媒を得ることができた。この方法は、昨年度までに行った従来法と異なり、焼成などの加熱処理はしない。そのため、粒子同士の接触面積が増え接点の数が減る焼成の影響を受けずに複合体が得られる。この凝集法で得た複合光触媒の活性は、可視光照射下における水溶液中有機色素（メチルオレンジ）の分解反応によって検証した。その結果、同じ出発材料・複合化比率で得た従来法による複合光触媒より高い活性を示し、複合化比率によっては約２倍の活性を示した。
以上、本事業では銅酸化物と鉄酸化物を用いた光触媒複合体の構造と活性の関連性を検証し、接合界面に近い表面が特に高活性であることを明らかにし、この知見に基づき高活性な光触媒を得た。特に最終年度で得た簡易製法は、様々な材料の組合せ検証を容易にするであろう。本事業の成果は、高活性な複合光触媒を得る一つの構造的指針を与えると共に、簡易製法の提案により複合光触媒の開発を加速することができると期待される。

Research Products

• [Presentation] Structure and photocatalytic activity of Cu2O-FeOOH composite for degradation of methyl orange under visible light irradiation (2016)
  • Author(s): Seiji Kakuta, Koji Saito
  • Organizer: 平成２８年度化学系学協会東北大会
  • Place of Presentation: いわき明星大
  • Year and Date: 2016-09-11
• [Presentation] Photocatalytic activity of FeOOH/metal oxide composite for degradation of methyl orange under visible light irradiation (2015)
  • Author(s): Seiji Kakuta
  • Organizer: 平成２７年度化学系学協会東北大会
  • Place of Presentation: 弘前大学文京キャンパス
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Patent(Industrial Property Rights)] 光触媒凝集体及びその製造方法 (2017)
  • Inventor(s): 角田世治
  • Industrial Property Rights Holder: （地独）青森県産業技術センター
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2017-027673
  • Filing Date: 2017-02-17