2020 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of visible-light-driven organic photocatalysts by structural control of pi-conjugated polymer nanocrystals
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18K05227
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小野寺 恒信 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10533466)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 有機光触媒 / π共役系高分子 / 固相重合 / 有機ナノ結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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ポリジアセチレン（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、光触媒能のサイズ・形状依存性を明らかにした。PDAナノ結晶がローダミンB（RhB）を光退色する機構は、PDAの伝導帯に励起された電子が活性酸素種を生成し、RhBを分解することを実験的に確認した。また、RhBを光退色する速度には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で最も活性が高くなり、可視光領域ではTiO2を凌駕することが分かった。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られる。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。この界面活性剤はPDAナノ結晶の形状制御剤の役割も果たしており、その結果生成したPDAのナノ結晶ファイバーにおいて、相対的に安定した水素発生を確認することが出来た。PDAナノ結晶の固相重合過程をナノ結晶サイズで最適化することで、バルク結晶を凌駕する有機光触媒の創出に道筋を付けることに成功した。
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