2019 Fiscal Year Research-status Report
π共役系高分子ナノ結晶の構造制御と可視光応答型有機光触媒の創出
| Project/Area Number |
18K05227
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
小野寺 恒信 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10533466)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 有機光触媒 / π共役系高分子 / 固相重合 / 有機ナノ結晶 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
二年度目は初年度に引き続き、ポリジアセチレン（PDA）ナノ結晶を用いたローダミンB（RhB）の光退色実験を行った。初年度にジアセチレンモノマーナノ結晶の構造相転移型固相重合ダイナミクスおよびPDAナノ結晶の光消失スペクトルに結晶サイズ・形状依存性が認められたことから、特に光触媒能のサイズ・形状依存性を明らかにすることに注力した。PDAナノ結晶がRhBを光退色する速度にもPDAナノ結晶の結晶サイズ依存性が認められ、結晶サイズが数百nmでもっと活性が高くなることが分かった。これは、電荷キャリアの再結合に対する結晶サイズ依存性を反映したものと考えており、詳細を検討中である。また、置換基が異なるPDA誘導体のナノ結晶に関してもRhBを光退色できることが分かり、なかでも側鎖にメチレンを介してカルバゾール基が修飾されたPDAがもっとも高い活性を示すことが分かった。
一方、PDAナノ結晶水分散液に白金塩および犠牲剤（メタノール）を添加し、カラーフィルターを装着したキセノンランプで所定の波長の光を照射したところ、水素発生量に再現性が乏しいものの有意な水素発生が認められた。水素発生実験後のPDAナノ結晶を電子顕微鏡観察したところ、助触媒（白金ナノ粒子）の担持量が実験毎に大きく異なることが分かり、安定剤として加える界面活性剤が助触媒の担持を促進することが分かってきた。この知見は、最終年度にPDAナノ結晶の可視光応答型光触媒能（色素退色能と水素発生能）との構造相関を明らかにし、有機ナノ結晶の内部構造と機能との相関の解明とバルク結晶を凌駕する有機光触媒の創出に対して重要な知見となり得る。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
二年度目は、初年度に引き続きPDAナノ結晶を用いたローダミンB（RhB）の光退色実験を行った。特に光触媒能の結晶サイズ依存性を明らかにした。さらに、助触媒として白金ナノ粒子を担持したPDAナノ結晶による水素発生実験を実施した。具体的には、
（１）RhBの光退色活性に対する結晶サイズ依存性の検証
PDAナノ結晶がRhBを光退色する速度にもPDAナノ結晶の結晶サイズ依存性が認められ、結晶サイズが数百nmでもっと活性が高くなることが分かった。これは、電荷キャリアの再結合に対する結晶サイズ依存性を反映したものと考えており、詳細を検討中である。また、置換基が異なるPDA誘導体のナノ結晶に関してもRhBを光退色できることが分かり、なかでも側鎖にメチレンを介してカルバゾール基が修飾されたPDAがもっとも高い活性を示すことが分かった。
（２）水素発生実験
PDAナノ結晶水分散液に白金塩および犠牲剤（メタノール）を添加し、カラーフィルターを装着したキセノンランプで所定の波長の光を照射したところ、明確な誘導期を持って、明確な水素発生が見つめられた。この誘導期は白金錯イオンがPDAナノ結晶表面で光触媒還元され、白金ナノ粒子が担持されるまでの時間と考えられる。一方で、水素発生量は再現性が乏しく、水素発生実験後のPDAナノ結晶を電子顕微鏡観察したところ、助触媒（白金ナノ粒子）の担持量が実験毎に大きく異なることが分かり、安定剤として加える界面活性剤の有無が助触媒の担持量に影響していることが分かってきた。この知見は、PDAナノ結晶の可視光応答型光触媒能（色素退色能と水素発生能）との構造相関を明らかにし、有機ナノ結晶の内部構造と機能との相関の解明とバルク結晶を凌駕する有機光触媒の創出に対して重要な知見となり得る。
|
| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、PDAナノ結晶を用いた水素発生実験について、PDAナノ結晶の結晶サイズ依存性、活性に対する照射光の波長依存性、助触媒（白金ナノ粒子）の担持量依存性などを明らかにする。色素退色能と水素発生能を比較することで三年間の研究を総括し、PDAナノ結晶の可視光応答型光触媒能との構造相関を明らかにすることで、有機ナノ結晶の内部構造と機能との相関の解明とバルク結晶を凌駕する有機光触媒の創出を目指す。
|
| Causes of Carryover |
（理由）
次年度使用額は、今年度の研究を効率的に推進したことに伴い発生した未使用額である。
（使用計画）
次年度請求額と合わせて、計画している研究の推進に使用する予定である。特に、水素発生活性における結晶サイズ依存性、照射光の波長依存性、助触媒の担持量依存性を明らかにする実験を予定していることから、追加配分することで円滑に研究を進める予定である。
|
