2020 Fiscal Year Annual Research Report
Physical properties of solid solution oxides with single-nanometer dimensions and using for photocatalytic water splitting under visible light
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18K05275
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| Research Institution | Tottori University |
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Principal Investigator |
辻 悦司 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (80610443)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
菅沼 学史 鳥取大学, 工学研究科, 准教授 (90731753)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 多元系遷移金属酸化物 / 超微粒子 / 逆ミセル法 / ソルボサーマル法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までに逆ミセル法により、酸化亜鉛上に数ナノメートルのニッケル含有スピネル型複合酸化物超微粒子が合成できることを見出した。また濃アルカリ水溶液で酸化亜鉛担体を溶解するとニッケル含有スピネル型複合酸化物超微粒子を単離することができ、（i）超微粒子化による特異的な可視光吸収、（ii）数十ナノメートルの微粒子よりも優れた酸素発生触媒活性、を示すことを明らかにした。しかし、その一方で本手法では一度に合成できる触媒量が十数ミリグラムスケールとごく少量であるという課題も出てきた。
そこで、今年度は新たにソルボサーマル法により、ニッケル含有スピネル型複合酸化物超微粒子を一度に50倍以上のスケールで合成できる手法を確立した。ニッケルに加えコバルトを含むと水酸化コバルトが優先的に生成しスピネル型複合酸化物とならないのに対し、鉄を加えることでニッケル-鉄含有スピネル型複合酸化物超微粒子が合成されることを見出した。165～190℃で3～4ナノメートルの超微粒子が得られ、いずれの試料も超微粒子化による特異的な可視光吸収を示し、バンド位置は粒子径が小さいほど負側にシフトすることを見出した。一方、一般的な合成法で得られたニッケル-鉄含有スピネル型複合酸化物微粒子（粒子径15ナノメートル程度）に比べ、酸素発生反応に対する触媒活性が2～5.5倍にまで向上することを見出した。
以上のように、研究全体の目的である複合酸化物超微粒子の新たな合成法を確立し、超微粒子化による可視光吸収、酸素発生触媒活性の大幅な向上を達成した。これらの成果は既存の複合酸化物の光学物性、触媒活性を超微粒子化により変化、制御できることを示唆しており、既存の光触媒の更なる高活性化に寄与するだけでなく、これまで光触媒として使用できなかった複合酸化物群の新たな光触媒利用の可能性も示す結果となった。
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