2015 Fiscal Year Research-status Report
多孔性金属錯体の構造多様性を基盤とする精密電子移動制御と新規水分解反応系の構築
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15K17903
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Research Institution | Osaka Prefecture University |
Principal Investigator |
堀内 悠 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90611418)
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Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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Keywords | 多孔性金属錯体 / 多孔性配位高分子 / 可視光応答型光触媒 / 水分解 |
Outline of Annual Research Achievements |
太陽光水分解による水素製造はエネルギー問題を解決する上で重要な技術課題であり、その実現には高効率な可視光応答型光触媒の開発が求められる。本研究課題では、多孔性金属錯体(PCP)の構造多様性、すなわちその構成要素である金属酸化物クラスターと有機リンカーの多彩な組み合わせが可能であるという特徴に着目し、金属酸化物クラスター部位を酸素生成光触媒、有機リンカー部位を水素生成光触媒とする材料設計を行うことで、可視光照射下で駆動する水分解用光触媒の開発を目指した研究を進めている。 まず、酸素生成光触媒として有効に機能する金属酸化物クラスター種の検討を行った結果、鉄酸化物クラスターを含むPCP(Fe-PCP)が可視光照射下、硝酸銀水溶液からの酸素生成反応を触媒することを見出した。またこの際、金属酸化物クラスターの構造および有機リンカーの種類を様々に変化させ、その組み合わせの最適化検討を行った。その結果、テレフタル酸を有機リンカーとするMIL-101型骨格を有するFe-PCPが可視光酸素生成光触媒として最も有効に機能することがわかった。さらに作用スペクトル測定による反応解析の結果、期待通り、鉄酸化物クラスターの光励起とその上での酸素生成反応を通して本光触媒反応が進行していることを明らかにした。加えて、Fe-PCPをナフィオンと混合した後、薄膜化することで光電気化学的酸素生成が可能であることも確認した。一方、水素生成光触媒として機能する有機リンカーとしてはポルフィリン系色素や白金錯体が有効であることを見出しており、今後これらを組み合わせることで水分解を実現するPCP光触媒の開発を検討していく。
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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
H27年度は多孔性金属錯体(PCP)の構成要素である金属酸化物クラスターと有機リンカーの酸素生成光触媒能および水素生成光触媒能をそれぞれ個別に評価し、その最適化検討を行った。その結果、鉄酸化物クラスターを含むPCP(Fe-PCP)がPCP光触媒系ではほとんど報告例の無い可視光照射下での酸素生成反応を触媒することを見出した。加えて、その有効波長はおよそ600 nmと、これまでに報告されている数例の中でも最も広範な波長の光を利用可能であることがわかった。また水素生成触媒能を有する有機リンカーの選定も順調に進捗しており、ポルフィリン系色素や白金錯体が有効であることを明らかにした。このように、金属酸化物クラスターと有機リンカーの選定を通して、PCP光触媒を用いる可視光照射下での酸素生成および水素生成を実現することができたため、研究は順調に進展しているといえる。
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Strategy for Future Research Activity |
今後、酸素生成用金属酸化物クラスターと水素生成用有機リンカーとを組み合わせたPCPを合成し、可視光照射下での完全水分解反応への適用可能性を検討していく。この際、金属酸化物クラスターと有機リンカーのエネルギーギャップを選択することに加え、電子移動が生じる準位間(金属酸化物クラスターの伝導帯と有機リンカーのHOMO)のエネルギー差の最適化を行うことで、金属酸化物クラスターから有機リンカーへの電子移動の実現を図る。効率的な水分解反応の進行が確認された際には、再利用性の検討を行うとともに、照射光波長依存性試験や実際の太陽光下での反応を行い、実用化を見据えた反応検討を行う。また、酸素生成が可能なPCP光触媒と水素生成用バルク酸化物型光触媒とを組み合わせた(またはその逆の組み合わせによる)固体間Zスキーム光触媒作用による完全水分解反応についても検討を行い、高効率水分解の実現を目指す。
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Research Products
(21 results)