Development of dual-functional catalysis with an organo-photocatalyst that induces the same redox reaction even in the dark

• Project/Area Number: 18K05287
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 36020:Energy-related chemistry
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: Abe Toshiyuki 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (20312481)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2018: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 有機半導体 / p-n接合体 / デュアルキャタリシス / ダウンヒル反応 / 酸化反応 / フタロシアニン / ペリレン誘導体 / 助触媒 / 酸化触媒 / 有機p-n接合体 / 亜酸化銅 / ギ酸酸化 / 酸化還元反応 / 光触媒 / 酸化還元触媒

Outline of Final Research Achievements

Dual-functional catalysis is the novel catalysis that induces oxidation under irradiation as well as in the dark. Organic p-n bilayer, comprising p-type and n-type semiconductors, is the promising material capable of dual catalysis. The findings of this study are summarized as follow: it is noted that the dual catalyses were found to occur efficiently when co-catalyst was properly loaded at the organo-bilayer towards oxidation involving multi-electrons transfer.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

酸化チタン光触媒は環境浄化の点で特に効果を発揮し、日本発の技術として広く実用化されている。しかし、光触媒は一般に、光照射下でのみ作用するため、暗所下における対応が課題であった。本研究で取り上げたデュアルキャタリシスは、暗所下でも光照射下と同様に酸化反応を誘起する触媒作用である。このような従来技術には備わっていない触媒作用を、用いる材料や用途も含めて開拓するための研究を行った。

Research Products

• [Journal Article] Electrochemical and Catalytic Studies of Cysteine Oxidation Induced by an Organic p-n bilayer both under Illumination and in the Dark (2019)
  • Author(s): Ryuhei Watanabe and Toshiyuki Abe
  • Journal Title: Int. J. Electrochem. Sci. Volume: 14 Issue: 4 Pages: 3315-3325
  • DOI: 10.20964/2019.04.17
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Decomposition of hydrogen peroxide by dual-functional catalysis of an organic p-n bilayer under illumination and in the dark (2020)
  • Author(s): Mamoru Sato, Toshiyuki Abe
  • Organizer: 令和２年度化学系学協会東北大会
• [Presentation] 過酸化水素の酸化に対するペリレン誘導体/鉄フタロシアニン系有機p-n接合体のデュアルキャタリシス (2020)
  • Author(s): 佐藤 衛、阿部敏之
  • Organizer: 第10回CSJ化学フェスタ2020
• [Presentation] アミノ酸に対してデュアルキャタリシス活性を発現 する有機p-ｎ接合体の光電気化学分析 (2019)
  • Author(s): 渡部竜平、阿部敏之
  • Organizer: 第9回CSJ化学フェスタ
• [Presentation] 有機p-n接合体の適用を特徴とした水相中における光電極反応・光触媒反応 (2019)
  • Author(s): 阿部敏之
  • Organizer: 第50回セミコンファレンス
  • Invited
• [Presentation] システイン酸化に対する有機p-n接合体のデュアルキャタリシス活性 (2019)
  • Author(s): 渡部竜平、阿部敏之
  • Organizer: 電気化学会第86回大会
• [Presentation] Examination of dual catalysis activity of organic p-n bilayer in terms of the oxidation of amino acids (2018)
  • Author(s): Ryuhei Watanabe, Keiji Nagai and Toshiyuki Abe
  • Organizer: 平成30年度化学系学協会東北大会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 特許権 (2020)
  • Inventor(s): 阿部敏之、渡部竜平
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人弘前大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2020-100190
  • Filing Date: 2020