2018 Fiscal Year Annual Research Report
分子・半導体光触媒による高効率可視光水分解系の開発
| Project Area | Creation of novel light energy conversion system through elucidation of the molecular mechanism of photosynthesis and its artificial design in terms of time and space |
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| Project/Area Number |
17H06439
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
阿部 竜 京都大学, 工学研究科, 教授 (60356376)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
八木 政行 新潟大学, 自然科学系, 教授 (00282971)
佐山 和弘 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 首席研究員 (70357169)
井上 晴夫 首都大学東京, 都市環境科学研究科, 特別先導教授 (90087304)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 人工光合成 / 水素製造 / 光触媒 / 水分解 / 可視光 / 半導体 / 金属錯体 / 過酸化水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、太陽光を利用して水素および過酸化水素を効率良く生産することを目的に、相補的な性質を有する金属錯体等の機能性分子系および金属酸化物等の無機半導体系をハイブリッド化して各々の特性を協奏的に向上させた高性能光触媒を開発し、これらを植物の光合成を模倣した「二段階励起型水分解系」に適用し、高効率かつ高選択的な光エネルギー・物質変換系を実証することを目的とする。平成30年度は、各研究機関において以下のような成果が得られた。
京都大では、可視光水分解用に有望な新規光触媒として、ビスマスや鉛からなる酸ハロゲン化物を複数見出し、さらにハロゲン化物塩をフラックスとして用いた溶液法を適用すると光触媒活性が著しく向上することを見出した。また硫化物系光触媒の活性と安定性を向上させる手法を開発した。
新潟大では、平面四座配位子を有する種々の金属単核錯体を新規に合成し、CoおよびFe錯体が均一水溶液中で高い水の酸化触媒活性を示すことを見出した。特にFe錯体に基づく水の酸化アノードの報告例は殆どないため新規性が高い。さらにCoおよびFe錯体は、プロトン還元および二酸化炭素還元触媒としてもそれぞれ効果的に働くことを見出した。
産総研では、アンチモン系の複合酸化物を導電性基板に担持することで低過電圧かつ高電流効率で過酸化水素生成が進行すること、特にCu-Sb系複合酸化物では初期の電流効率は100％に近く、この表面にIn-Sb系複合酸化物を多層化すると過酸化水素の蓄積量が増加することを見出した。
首都大では地球における埋蔵量が2位および3位のシリコンおよび鉄を中心とするポリフィリンを合成し、これらが水分子の2電子酸化による過酸化水素を高収率で生成することを見出した。さらに４）人工光合成反応場としての展開が期待される無機ナノシート上のイオン吸着、多フッ素化逆ミセルの異相界面構造などの基礎化学について検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題が目標とする、太陽光を利用した「水素」および「過酸化水素」製造のための高効率可視光水分解系の開発に関して、これらに用いるための可視光応答型半導体光触媒の新規開発、既存の半導体光触媒の合成法改良や表面修飾による高性能化、さらには水の２電子酸化による選択的な過酸化水素生成のための金属錯体や半導体材料の研究開発が順調に進んでいる。班内での共同研究も進めており、一部成果が出つつあるため、これらのさらなる進展と論文等としての公表を今後進める。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、各研究項目のさらなる進展を図るともに、本研究課題において目標とする金属錯体等の「機能性分子系」および金属酸化物等の「無機半導体系」のハイブリッド化による「分子・半導体協奏光反応場」の構築に向けて、各研究機関間の連携と強力な共同研究の推進と成果公表を精力的に進める。
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