ケイ素ポルフィリン/酸化チタン複合光触媒による可視光水分解
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20J11617
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
佐野 奎斗 東京都立大学, 大学院都市環境科学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
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| Keywords | 酸化チタン / ナノ粒子 / 光触媒 / 有機無機複合体 / 人工光合成 / 酸化スズ |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、天然の植物が行う光合成反応を模倣した人工光合成の実現を目指す。特に、太陽光のうち大部分を占める可視域の光エネルギーを用いて、水を、水素や過酸化水素などの有用な化合物へと効率よく分解できる光触媒を開発する。光触媒には、ポルフィリンと呼ばれる有機色素にケイ素原子を導入したケイ素ポルフィリンと、酸化チタンを代表とする無機半導体光触媒を用いる。ケイ素ポルフィリンを酸化チタンに吸着させたケイ素ポルフィリン/酸化チタン複合光触媒の合成、およびそれによる可視光水分解の実現は、エネルギー・環境問題の解決に大いに貢献し得る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ケイ素ポルフィリンを酸化チタン表面に吸着させたケイ素ポルフィリン/酸化チタン複合体の調製に取り組んだ．ケイ素ポルフィリンには骨格内にカルボン酸基を有するSi-TCPPを，酸化チタンには前年度の研究で調製に成功した高い透明性と安定性を持つ酸化チタンナノ粒子の酸性メタノール水分散液を選択した．ポルフィリンの静電相互作用による吸着を期待し，複合化に適した弱酸性から中性までpHを上げると酸化チタンの凝集によって分散液が白濁し，ポルフィリンの吸着挙動を明らかにすることが困難であった．
そこで，酸化チタンの安定性を高めるために種々の高分子によるナノ粒子の保護を検討した．すると，代表的な高分子であるNafionやポリエチレングリコールを含む分散液中では中性下においても酸化チタンの凝集を抑制できることがわかった．そこで，Nafionを含む中性の酸化チタン分散液中にSi-TCPPを添加すると，それ単独のときに比べて極大吸収波長の長波長シフトと発光強度の減少が観測され，Si-TCPPが酸化チタン表面に吸着していることが示唆された．この化合物による可視光水分解を期待し，実際に可視光を照射したが水素の生成は確認されなかった．これは，Si-TCPPから酸化チタンへの光誘起電子移動が起こりにくいためと考えられ，今後はこの過程の効率を向上するためにポルフィリンのLUMOの電位よりも伝導帯下端位置が十分に低い半導体材料を選択する必要がある．
たとえば，我々はチタンとスズの複合金属酸化物に注目しており，これらの化合物の調製方法と光触媒活性について光化学討論会にて報告した．さらに，このほかの金属酸化物として半導体ニオブ酸ナノシートと，代表的なカチオン性ポルフィリンであるTMPyPの吸着挙動を調査し，学術誌J. Phys. Chem. Solidsに報告した．
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
