2016 Fiscal Year Annual Research Report
全固体光触媒をを用いた水を電子源とした二酸化炭素の光還元系の構築
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15H04187
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
寺村 謙太郎 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80401131)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | CO2光還元 / 赤外吸収スペクトル / Agナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成28年度はPhase 2：分光学的手法を用いた触媒表面とCO2との相互作用の解明（2-1. 赤外吸収分光法を用いたCO2の吸着状態の解明）を主に行った．赤外吸収スペクトルによる表面吸着種の検討により，CO2を導入するとmonodentateやbidentate carbonate種などの吸着CO2種が観察され，それらが光照射下でbidentate carbonateからmonodentate carbonate種へと変化し，最終的にはformate種が生成する様子を観察することに成功した．光照射を続けるとformate種は減少していくことから，この種が反応中間体と結論した．これらの検討から，Ga2O3上に吸着したcarbonate種が光照射によってformate種に変化し，この種が分解することによってCOが生成するメカニズムを提案した．さらに，Phase 3：「H2生成の阻害剤」および「活性点金属」の構造解析（3-1.電子顕微鏡によるAgナノ粒子の構造解析）に着手した．Agナノ粒子のサイズや形状に関して，CO2の転化率及びCOへの選択率の依存性を明らかにするために，ナノ粒子の構造解析の一環として透過型電子顕微鏡（TEM）による特性評価を行った．含浸法・光電着法・化学還元法・無電解めっき法などAgの修飾方法によってAgナノ粒子の形状や大きさが変化することが分かったが，それを制御する方法は現在のところ模索中である．また，この検討によって，反応後にAgが粗大化し，反応活性が低下することを明らかにした．一方で，当初予定をしていたPhase 2：分光学的手法を用いた触媒表面とCO2との相互作用の解明（2-2.昇温脱離法を用いた光触媒表面の塩基点の強度・量の同定）に関しては装置立ち上げの問題で着手できなかった．
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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
平成27年度に行うべきPhase 1の3つの検討事項において，「1-1．ZnGa2O4の合成条件の最適化」はほぼ終了している．「1-2．Agのサイズ・形状・添加方法の最適化」および「1-3．様々な種類の活性化金属の探索」については平成27年度に引き続き，平成28年度においても検討を行ったが，Agナノ粒子のサイズや形状の制御方法の確立に手間取っており，あまり進捗しているとは言えない．一方で，平成28年度以降に検討する予定であったPhase 2：分光学的手法を用いた触媒表面とCO2との相互作用の解明およびPhase 3：「H2生成の阻害剤」および「活性点金属」の構造解析については順調に進捗している．「2-1．赤外吸収分光法を用いたCO2 の吸着状態の解明」については，すでに得られた結果より反応メカニズムを提唱し，国際論文に採択されている．また，「3-1．電子顕微鏡によるAg ナノ粒子の構造解析」に関してはほぼルーティンに構造解析が可能な環境を構築している．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度はPhase 2：分光学的手法を用いた触媒表面とCO2との相互作用の解明（2-2.昇温脱離法を用いた光触媒表面の塩基点の強度・量の同定）を中心に研究を推進していく予定である．これまでに我々は固体表面の塩基点がCO2の光還元に対する活性に及ぼす影響を報告してきた．これまでは定性的な議論に終始していたが，本検討において定量的な議論をしたいと考えている．すなわち，昇温脱離法を用いて触媒表面の塩基点の強度・量について定量化し，光触媒活性およびCOへの選択性との関係を明らかにする．さらに（2-1. 赤外吸収分光法を用いたCO2 の吸着状態の解明）においては，平成27，28年度に得られた結果をベースとして，電子源であるH2Oの存在下におけるCO2の吸着過程を明らかにしたいと考えている．一方で，これまでに進捗状況があまり芳しくないPhase 1の（1-2.Agのサイズ・形状・添加方法の最適化）に関しては，合成方法に再検討を行い，一方で（1-3.様々な種類の活性化金属の探索）に関しては電気化学的な検討を行う予定をしている．
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