2020 Fiscal Year Annual Research Report
Photocatalytic organic synthesis on metal nanoparticles/semiconductor heterojunction
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18H01779
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
平井 隆之 大阪大学, 太陽エネルギー化学研究センター, 教授 (80208800)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白石 康浩 大阪大学, 太陽エネルギー化学研究センター, 准教授 (70343259)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 光触媒 / 金属ナノ粒子 / 半導体酸化物 / 有機合成 / 白金 / 金 / 銀 / 可視光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属ナノ粒子／半導体ヘテロ相界面光触媒により、ナノ粒子のプラズモン光吸収に基づいてファインケミカルを合成する新技術を開発する。本研究では、強接合ヘテロ相界面触媒を開発し、ホットエレクトロンの高効率生成を実現する。さらに、コアシェルナノ粒子触媒を開発して可視光応答性の向上を図るほか、合金ナノ粒子触媒の開発によりナノ粒子表面に酸化サイトおよび還元サイトを形成させ、様々な物質変換へ展開する。これらの検討を通して、可視光照射下で有機合成を進める新光触媒を開発する。
2020年度は、前年度に開発したAuナノ粒子をAgCl半導体に担持したAu/AgCl触媒に関する検討を行った。本触媒の透過型電子顕微鏡観察により、50 nm程度の直系のAu粒子がAgCl上に形成されていることが分かった。本触媒を、塩化物イオンを含む水溶液に懸濁させて空気存在下で可視光を照射すると、Auのプラズモン吸収により生成した正孔がAgCl骨格の塩化物イオンを酸化することにより次亜塩素酸（HClO）を生成する。脱離した骨格の塩化物イオンは、溶液中の塩化物イオンにより補われる。反応後の触媒を観察したところAu粒子の大きさには変化は見られず、反応後にも安定的にAu粒子が担持されていることが分かった。塩水中における本触媒による次亜塩素酸生成の太陽エネルギー変換効率は0.2%であり、一般植物の天然光合成（0.1%）を上回るが、海水を反応に使用した場合には活性が減少する。この要因を探るため、海水に含まれる各種イオン種の存在下で反応を行ったところ、炭酸イオンが存在する場合に著しく次亜塩素酸生成が抑制された。これは、炭酸イオンが塩素イオンよりも優先して光励起により生成したホールにより酸化されてしまうためと考えられる。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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