2016 Fiscal Year Research-status Report
光触媒作用により自己表面修飾した酸化チタンナノ粒子の吸着・分解機能
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15K05472
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
錦織 広昌 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (00332677)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 光物性 / 光触媒 / ナノ材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
チタニア薄膜上に、その光触媒作用を利用して、シリコンアルコキシドまたはシリコン－アルミニウム複合アルコキシドの加水分解・重縮合反応を進行させることにより、シリカまたはシリカアルミナナノ粒子での修飾を行った。光触媒反応によるチタニア薄膜上でのシリカまたはシリカアルミナナノ粒子生成を確認し、これを用いた電極の光触媒特性および光燃料電池特性に及ぼすナノ粒子修飾の効果を評価した。電解液としてNaOH水溶液およびデンプン（燃料物質）を添加したNaOH水溶液を用いて光照射下でのデンプンの分解と光電気化学特性を調べた。
デンプンを含まない電解液を用いた場合に比べ、電解液にデンプンを添加することで光電流の値は増加し、デンプンの分解が電流発生に寄与していることがわかった。また、チタニア粒子表面のごく一部にナノ粒子が析出することにより、吸着能が向上した。デンプン添加電解液を用いた場合では、デンプン分子の吸着、拡散、分解の過程をスムーズに進行させることができ、光電流値を高めることができた。過去の研究において、粘土鉱物アロフェンのナノ粒子を少量分散させたチタニア電極で同様な結果を得ている。ナノ粒子がチタニア表面の燃料物質濃度を上昇させ、チタニアで生じた正孔を効率的に消費し酸化分解が進行したことが示唆される。アロフェン分散よりも本研究でのナノ粒子生成法のほうが、構造制御の精度において優れていることがわかった。
以上の結果より、チタニアナノ粒子上においてナノレベルでの微粒子の構造制御が可能であり、この方法が光燃料電池の電極作製に有効であることが明らかになった。
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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
光触媒反応によるチタニア薄膜上でのシリカまたはシリカアルミナナノ粒子生成を確認し、これを用いた電極の光触媒特性および光燃料電池特性に及ぼすナノ粒子修飾の効果を評価することを目的として研究を行い、以下の成果を得た。
①シリカまたはシリカアルミナの原料物質の濃度を変えることにより、析出するナノ粒子の量を制御することが可能であることがわかった。②チタニア粒子表面のごく一部にナノ粒子が析出することにより、燃料物質であるデンプン分子の吸着、拡散、分解の過程をスムーズに進行させることができ、光電流値を高めることができた。③ナノ粒子がチタニア表面の燃料物質濃度を上昇させ、チタニアで生じた正孔を効率的に消費させることが可能であることがわかった。
以上は、予定していたとおりの到達内容であり、一定の成果を得ることができたため、おおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は、光燃料電池電極の電子移動機能の解明をめざして、以下の項目についての研究を行う。
作製条件を変更して、光触媒反応によるチタニア電極上でのシリカまたはシリカアルミナナノ粒子生成を行い、表面構造の制御法を確立する（4～7月）。燃料物質の種類を変えて、この電極の光触媒特性および光燃料電池特性に及ぼすナノ粒子修飾の効果を調べ、活性種の定量、分解生成物の定性・定量、電流－電圧特性の評価により、電子・正孔移動機構を解明する（8～12月）。
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