in-situ XAFS測定を利用した高活性光触媒の構造解析

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11F01769
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 森 浩亮 大阪大学, 大学院・工学研究科, 准教授
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): MARTIS Martin 大阪大学, 大学院・工学研究科, 外国人特別研究員
• Keywords: ゼオライト / メソポーラスシリカ / 光触媒 / 金属錯体 / in-situ XAFS / 光エネルギー / 水素生成 / 選択酸化

Research Abstract

21世紀の化学は、環境を強く意識した発展が不可欠であり、物質変換においては、高選択的で超効率な触媒系の開発が望まれている。その達成には、クリーンで無尽蔵な光エネルギー(太陽光)を利用した選択的物質変換反応を可能とする光触媒の開発が重要な課題と言えるが極めてチャレンジングである。本申請課題では、選択的分子変換反応を可視光照射下で促進する表面固定化光応答性金属錯体の新規開発を行う。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。
平成23年度は、主に研究対象とする光触媒の調製を行った。具体的には各種ゼオライト、メソポーラスシリカの細孔内に様々な光応答性金属錯体(Pt,Ir,Ru etc.)の導入を行った。金属錯体の導入法としては、ship-in-a bottle法あるいは、有機リンカーへの固定化法を用いた。ゼオライトの細孔は、分子の配向と配列が制御された異方性を有するミクロ空間環境場であり、しかもイオン交換能を有することから、交換カチオン種を選択することで、細孔内の静電場や空間体積などの分子環境場を任意に制御できる。一方、メソポーラスシリカでは、合成段階の構造規制剤の種類や、Si/Al比を変えることで、細孔サイズや表面の酸・塩基性をコントロールすることが可能である。本申請課題では、内包した光応答性金属錯体の電子状態、配位環境、光励起過程を、細孔環境により精密制御する。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は、来年度以降に詳細なキャラクタリゼーションをする予定である光触媒試料の調製を主に行った。各種ゼオライト、メソポーラスシリカの細孔内に様々な光応答性金属錯体(Pt,Ir,Ru etc.)の導入を行い、窒素吸脱着、XRD等により規則性細孔構造を維持したまま錯体を導入することに成功した。

Strategy for Future Research Activity

23年度に調製した光触媒を用いて、可視光照射下での水からの水素生反応、酸素を用いた選択的酸化反応など各種選択的分子変換反応を検討する。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。