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Metal nanoparticles/semiconductor photocatalysts for hypochlorous acid from salt water and air

Research Project

Project/Area Number 21H01707
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Hirai Takayuki  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (80208800)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 白石 康浩  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (70343259)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
Keywords次亜塩素酸 / 金属ナノ粒子 / 含塩素半導体 / 光触媒 / 塩水 / 空気 / 太陽光 / 人工光合成 / 半導体光触媒
Outline of Research at the Start

太陽光エネルギーにより、常温・常圧下、塩水と空気を原料として次亜塩素酸を合成する新光触媒を開発する。プラズモン金属ナノ粒子/含塩素半導体からなる相界面への可視光照射により、金属ナノ粒子上に生成したホットホールを含塩素半導体に注入する。ホールによる骨格塩素イオンの酸化と、溶液内塩素イオンによる骨格塩素イオンの補填を連続的に進め、次亜塩素酸を効率よく合成する革新的光触媒を開発する。これらの研究を通して、持続可能エネルギーにより、入手容易な塩水と空気から殺菌剤・消毒剤として不可欠な次亜塩素酸を簡便に合成する新技術の開発を目指す。

Outline of Final Research Achievements

We synthesized Au/AgCl catalysts, in which gold (Au) particles were supported on silver chloride (AgCl), a chlorine-containing semiconductor powder. Au particles absorb visible light due to the localized surface plasmon resonance and generate hot holes and hot electrons. We discovered that a new method for generating hypochlorous acid (HClO) is possible by sunlight irradiation of the catalyst suspended in chloride solutions under air atmosphere. We found that the reaction proceeds by a mechanism in which the lattice chloride ions of AgCl are oxidized by hot holes generated by plasmon-activated Au particles to produce HClO, and the eliminated lattice chloride ions are compensated from the solution. We evaluated the potential of the catalyst for artificial photosynthesis on the basis of catalyst synthesis, photocatalytic activity, and mechanisms.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

金属ナノ粒子/含塩素半導体ヘテロ相界面反応場を利用して、可視光照射下、塩水と空気から高効率にHClOを合成することが可能であることを見出した。可視光照射下でHClOを合成する光触媒は初めての報告であり、プラズモン光触媒の開発と高活性化に向けた新たな方法論と言える。また、塩素含有半導体の自己酸化と塩素イオンの補填を基盤とした新たな触媒開発を先導する研究成果と言え、人工光合成研究を牽引するはずである。持続可能エネルギー(太陽光)により、入手容易な原料(塩水と空気)から殺菌剤・消毒剤(HClO)をオンサイトで合成する本成果は、クリーン社会実現に向けた学問的・社会的インパクトの大きな成果と言える。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Sunlight-Driven Generation of Hypochlorous Acid on Plasmonic Au/AgCl Catalysts in Aerated Chloride Solution2023

    • Author(s)
      Yasuhiro Shiraishi, Yoshifumi Shimabukuro, Kaho Shima, Satoshi Ichikawa, Shunsuke Tanaka, and Takayuki Hirai
    • Journal Title

      JACS Au

      Volume: 3 Issue: 5 Pages: 1403-1412

    • DOI

      10.1021/jacsau.3c00066

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] マイクロ波還元法によるAu/AgCl光触媒の調製と次亜塩素酸生成反応2024

    • Author(s)
      広明燿子、白石康浩、平井隆之
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Au/AgClプラズモン光触媒による塩水からの次亜塩素酸合成2023

    • Author(s)
      島袋善文、白石康浩、平井隆之
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Au/AgClプラズモン光触媒による塩水からの次亜塩素酸合成2022

    • Author(s)
      島袋善文、白石康浩、平井隆之
    • Organizer
      2022年光化学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Auナノ粒子担持AgCl光触媒による塩水からの可視光次亜塩素酸生成2021

    • Author(s)
      島袋善文、島華穂、白石康浩、平井隆之
    • Organizer
      第42回光化学若手の会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Au/AgClプラズモン光触媒による塩水と空気からの次亜塩素酸合成2021

    • Author(s)
      島袋善文、島華穂、白石康浩、平井隆之
    • Organizer
      第128回触媒討論会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 金担持塩化銀光触媒による塩水からの次亜塩素酸合成2021

    • Author(s)
      島袋善文、白石康浩、平井隆之
    • Organizer
      第102化学会春季年会(2022)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 大阪大学大学院基礎工学研究科附属太陽エネルギー化学研究センター・平井研究室

    • URL

      http://www.cheng.es.osaka-u.ac.jp/hirailab/home.html

    • Related Report
      2023 Annual Research Report 2022 Annual Research Report 2021 Annual Research Report

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Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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