Development of all-solid-state Z-scheme photocatalytic systems using coordination compounds
| Project/Area Number |
21K05224
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 36010:Inorganic compounds and inorganic materials chemistry-related
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
高嶋 敏宏 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (60644937)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
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| Keywords | 人工光合成 / 光触媒 / 水素 / ナノ構造 / 配位化合物 / プルシアンブルー |
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| Outline of Research at the Start |
2種類の光触媒とそれらをつなぐ固体導電層からなる全固体Z-スキーム光反応系では、接合構造の制御が光触媒間の電荷授受効率ひいてはZ-スキーム全体の光反応活性に極めて大きな影響を与える。しかしながら、3種類以上の無機化合物ナノ粒子の配置を制御する手法は現在、材料の種類や用途を問わず一般的に確立されていない。そこで本研究では固体導電層として配位化合物を利用することに着目し、光触媒と導電層間の接合に化学的な結合生成を伴う能動的な制御を施し、酸化反応サイトから還元反応サイトまでの効率的な電子移動に有利な構造を持つ反応系を開発し、高効率な光‐化学エネルギー変換を実現することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2種類の光触媒と導電性材料から構成される全固体型二段階励起光反応系は可視光や近赤外光を含む幅広い波長域の光を有効に利用して光-化学エネルギー変換を行うことが可能である。本研究では光触媒と導電性材料の空間的な位置関係を制御して光触媒間の電子移動をスムーズにすることで水分解反応を効率良く進行させることを目指し、このために配位化合物を導電性材料として用いることが有効ではないかと考え、研究を進めてきた。その結果、配位化合物の一種であるプルシアンブルー類縁体は構成金属イオンや表面官能基を制御することにより、光触媒間の電子移動を進めるために重要な導電層の酸化還元電位の位置や表面化学特性を自在に変化させることができることを見出した。さらに、プルシアンブルー類縁体を担持した光触媒による光反応ではプルシアンブルー類縁体が存在することで水素ならびに酸素の発生速度が増加し、光触媒とプルシアンブルー類縁体の間で光生成キャリアのやり取りが可能であることが明らかとなった。また、プルシアンブルーは窒素の光還元によるアンモニア合成の助触媒として機能することも見出した。接合光触媒は、シラン化合物等を反応させて特定の官能基を表面に修飾した酸素発生光触媒と水素発生光触媒およびプルシアンブルー類縁体を反応させて最終的に加熱焼成することで作製でき、作製した光触媒からは水分解反応の進行が確認され、配位化合物を前駆体とする導電性材料を利用した全固体型二段階励起光反応系の開発に成功した。
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Report
(3 results)
Research Products
(4 results)
