酸化能制御による高効率光触媒系の構築

• Project/Area Number: 16685020
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Inorganic industrial materials
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 池田 茂 大阪大学, 太陽エネルギー化学研究センター, 助教授 (40312417)
• Project Period (FY): 2004 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥18,850,000 (Direct Cost: ¥14,500,000、Indirect Cost: ¥4,350,000); Fiscal Year 2005: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2004: ¥12,480,000 (Direct Cost: ¥9,600,000、Indirect Cost: ¥2,880,000)
• Keywords: 光触媒 / 水分解 / 金属酸化物 / 可視光 / 価電子帯 / 気水界面 / 助触媒 / シリカカプセル / 酸化反応 / 活性サイト

Research Abstract

本研究では、水の光分解反応系および有機化合物の変換反応系を志向した光触媒材料および反応系の設計を目的として、(1)酸化反応サイトとなる触媒(助触媒)の開発と(2)O2p軌道に代わって価電子帯を形成する可視光を有効に利用できる光触媒材料の探索・合成の二つの研究を主に実施した。本年度は、前年度に見出したSn(II)とTi(IV)を含む複合酸化物(Sn-Ti-O)の特性評価を行うとともに、(1)の酸化反応の触媒探索を中心に行った。触媒については十分な機能をもつものが見出せなかったが、研究を遂行しているなかで、白金を担持させたチタン酸ストロンチウムの表面の一部を疎水性シリル化剤と反応させて疎水化した気水界面に集合する光触媒を用いたユニークな水分解反応系を見出した。白金触媒は水の分解反応における水素発生の触媒としてもっとも活性な材料であるが、発生した水素と酸素から水を生成する反応、すなわち逆反応にもきわめて活性であるため、白金微粒子を担持させた光触媒での水の分解反応は進行しないことが知られていた。本研究で見出された反応系では、光触媒粉末を気水界面に集合させることで、発生した水素と酸素の気相への拡散か容易になるため、逆反応が抑制され、水の分解反応が効率よく進行した。
また、この気水界面に集合する光触媒系についての検討をさらにすすめていくなかで、光触媒を多孔性のシリカケージに取り込ませたカプセル型の光触媒材料を開発した。この材料は、(1)シリカの細孔構造による分子サイズ選択性と(2)シリカの親-疎水性の制御による反応特性の制御が可能であることを確認した。

Research Products

• [Journal Article] Preparation of Platinized Strontium Titanate Covered with Hollow Silica and its Activity for Overall Water Splitting in A Novel Phase-Boundary Photocatalytic System (2006)
  • Author(s): S.Ikeda, et al.
  • Journal Title: Catalysis Today (in press)
  • NAID: 120003918940
• [Journal Article] Photocatalytic Activity of Hydrothermally Synthesized Tantalate Pyrochlores for Overall Water Splitting (2006)
  • Author(s): S.Ikeda, et al.
  • Journal Title: Applied Catalysis A : General 300 Pages: 186-190
• [Journal Article] Direct Observation of Amphiphilic Silica Particles Assembled at an Oil-Water Interface (2005)
  • Author(s): S.Ikeda, et al.
  • Journal Title: Chemistry Letters 34 Pages: 1386-1387
  • NAID: 10019352049
• [Journal Article] Porous Polystyrene Microspheres Having Dimpled Surface Structures Prepared within Micellar Assemblies of Amphiphilic Silica Particles in Water (2005)
  • Author(s): Y.K.Takahara, et al.
  • Journal Title: Chemical Communications Pages: 4205-4207
• [Journal Article] Photooxidation of Organic Compounds in Solution Containing Hydrogen Peroxide and TiO_2 Particles under Visible Light (2005)
  • Author(s): Y.K.Takahara, et al.
  • Journal Title: Journal of Applied Electrochemistry 35 Pages: 793-797
• [Journal Article] Asymmetrically Modified Silica Particles : A Simple Participate Surfactant for Stabilization of Oil Droplets in Water (2005)
  • Author(s): Y.K.Takahara, et al.
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society 127 Pages: 6271-6275
• [Journal Article] Overall water splitting on tungsten-based photocatalysts with defect pyrochlore structure (2004)
  • Author(s): S.Ikeda, T.Itani, K.Nango, M.Matsumura
  • Journal Title: Catalysis Letters 98 Pages: 229-233
• [Book] 光触媒〜基礎・材料開発・応用〜(分筆(「光触媒の欠陥構造の評価と活性制御」176-182ページ)) (2005)
  • Author(s): 池田茂 他
  • Total Pages: 1064
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
• [Patent(Industrial Property Rights)] 中空多孔質カプセルに包接された触媒及びその製造方法 (2005)
  • Inventor(s): 池田 茂
  • Industrial Property Rights Holder: 大阪TLO, 大阪大学
  • Industrial Property Number: 2005-346683
  • Filing Date: 2005-11-30