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水素貯蔵分子からの水素生成のための単一原子合金プラズモン触媒

Research Project

Project/Area Number 21F21042
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section外国
Review Section Basic Section 27030:Catalyst and resource chemical process-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

山下 弘巳  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40200688)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) VERMA PRIYANKA  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2021-09-28 – 2024-03-31
Project Status Declined (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Keywordsプラズモン触媒 / シングルサイト触媒 / 水素キャリア
Outline of Research at the Start

新エネルギー開発が切望される中、クリーンで無尽蔵な太陽光エネルギーの有効利用を実現するために、「可視光応答型光触媒の開発」は期待すべき研究課題である。本研究では、「プラズモンナノ粒子を基盤とした単一金属合金光触媒の開発」、ならびに、「水素貯蔵材料からの高効率水素生成反応系の構築」を行う。

Outline of Annual Research Achievements

新エネルギー開発が切望される中、クリーンで無尽蔵な太陽光エネルギーの有効利用を実現するために、「可視光応答型光触媒の開発」は期待すべき研究課題である。本研究では、「プラズモンナノ粒子を基盤とした単一金属合金光触媒の開発」、ならびに、「水素貯蔵材料からの高効率水素生成反応系の構築」を目的とする。また放射光XAFSなどの分光学的手法を駆使して、優れた触媒機能とナノレベルの構造との相関を明らかにする。特に、様々な反応ステージでのin-situ XAFS測定によって、反応ガスの吸着・配位により生成する反応中間体の微細構造をも高精度で決定する。種々の分光学的手法を駆使した触媒活性種近傍の微細構造に関する知見と触媒機能の関連性を解明することで、更なる高性能光触媒の設計指針にフィードバックする。
本年度は主に各種プラズモン光触媒の調製を行った。高性能触媒の開発には、プラズモン材料と触媒活性点との接合が重要ポイントとなる。そこでAu, Agを基盤としたプラズモン材料と触媒活性種、特にプラズモン効果への感度が高いと予想されるシングルサイト触媒との複合化を行った。ハイブリッド材料のナノ構造(形状や粒径)と異種金属との接合状態を精密制御することで、広範囲な可視光吸収および赤外応答性のある触媒開発を試みた。さらに、多孔体とプラズモン材料との融合による触媒の高効率化について検討も行った。活性の評価は、水素キャリア分子(アンモニアボラン、ギ酸、アンモニア、過酸化水素)のからの水素生成、創薬に重要なクロスカップリング反応、分子内選択水素化反応を検討した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究での主課題である、「プラズモンナノ粒子を基盤とした単一金属合金光触媒の開発」、ならびに、「水素貯蔵材料からの高効率水素生成反応系の構築」に関して、新たな触媒系を提案することができた。

Strategy for Future Research Activity

触媒キャラクタリゼーションと併せて、in-situでのUV-vis、フォトルミネッセンス、XANES/EXAFS測定に重点を置き反応メカニズム、光触媒活性発現の要因を明らかにする。また、様々な反応ステージでの光吸収特性評価、活性点近傍構造の同定によって、反応基質・反応ガスの吸着・配位により生成する中間体の微細構造をも高精度で決定する。最終的には表面プラズモン共鳴による触媒作用促進メカニズムの解明を行い、いまだ十分解明されていないプラズモン光触媒の作用原理を提案する。

Report

(1 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Southampton(英国)

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] New Insights in Establishing the Structure-property Relations of Novel Plasmonic Nanostructures for Clean Energy Applications2022

    • Author(s)
      P. Verma, Y. Kuwahara, K. Mori, R. Raja, and H. Yamashita
    • Journal Title

      EnergyChem

      Volume: 4 (1) Issue: 1 Pages: 100070-100070

    • DOI

      10.1016/j.enchem.2022.100070

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Recent strategies for enhancing the catalytic activity of CO2 hydrogenation to formate/formic acid over Pd-based catalyst2021

    • Author(s)
      P. Verma, S. Zhang, S. Song, K. Mori, Y. Kuwahara, M. Wen, H. Yamashita, T. An
    • Journal Title

      Journal of CO2 Utilization

      Volume: 54 Pages: 101765-101765

    • DOI

      10.1016/j.jcou.2021.101765

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Design and Application of Photocatalysts using Porous Materials2021

    • Author(s)
      P. Verma, Y. Kondo, Y. Kuwahara, T. Kamegawa, K. Mori, R. Raja, and H. Yamashita
    • Journal Title

      Catalysis Reviews-Science and Engineering

      Volume: 63 Issue: 2 Pages: 165-233

    • DOI

      10.1080/01614940.2021.1948302

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Plasmonic nanocatalysts for visible-NIR light induced hydrogen generation from storage materials2021

    • Author(s)
      Verma Priyanka、Mori Kohsuke、Kuwahara Yasutaka、Raja Robert、Yamashita Hiromi
    • Journal Title

      Materials Advances

      Volume: 2 Issue: 3 Pages: 880-906

    • DOI

      10.1039/d0ma00761g

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Photocatalytically-driven H2 production over Cu/TiO2-MWCNT catalysts2021

    • Author(s)
      J. Fernandez-Catala, M. Navlani-Garcia, P. Verma, A. Berenguer-Murcia, K. Mori, Y. Kuwahara, H. Yamashita, D. Cazorla-Amoros
    • Journal Title

      Catalysis Today

      Volume: 364 Pages: 182-189

    • DOI

      10.1016/j.cattod.2020.05.032

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Noble metal-based nanostructured catalysts for hydrogenation and dehydrogenation reactions via plasmon-assisted catalysis2022

    • Author(s)
      ○Priyanka Verma, Yasutaka Kuwahara, Kohsuke Mori, Hiromi Yamashita
    • Organizer
      日本化学会第102春季年会(2022)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Plasmonic catalysis of Ag nanoparticles for hydrogenation and dehydrogenation reactions2021

    • Author(s)
      ○Verma Priyanka, Yasutaka Kuwahara, Kohsuke Mori, Hiromi Yamashita
    • Organizer
      第40回固体・表面光化学討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Noble metal-based plasmonic nanostructures for visible-light driven catalytic reactions2021

    • Author(s)
      ○P. Verma, Y. Kuwahara, K. Mori and H. Yamashita
    • Organizer
      The 9th International Symposium on Surface Science(ISSS-9)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Plasmonic catalysis of noble metal nanostructures2021

    • Author(s)
      ○Priyanka Verma, Yasutaka Kuwahara, Kohsuke Mori and Hiromi Yamashita
    • Organizer
      18th Japan-Korea Symposium on Catalysis (18JKSC)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mesoporous silica supported Ag/Ti-based plasmonic catalyst for the efficient hydrogen production under solar light irradiation2021

    • Author(s)
      ○Verma PRIYANKA, Yasutaka KUWAHARA, Kohsuke MORI, Hiromi YAMASHITA
    • Organizer
      International Symposium on Porous Materials 2021 (ISPM2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mesoporous silica supported plasmonic nanocatalysts for visiblelight driven catalysis2021

    • Author(s)
      ○Priyanka Verma, Yasutaka Kuwahara, Kohsuke Mori and Hiromi Yamashita
    • Organizer
      1st Japan-China Symposium on Catalysis (1stJCSC)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2021-10-22   Modified: 2024-03-26  

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