2019 Fiscal Year Research-status Report
Precise synthesis of photoreaction system based on creation of solid interface in nano-controlled space
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18K14315
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
高嶋 敏宏 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (60644937)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 人工光合成 / 光触媒 / 水素 / ナノ構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では光‐化学エネルギー変換を指向した高精度な光反応系の構築に向けて、ナノレベルで制御された固体界面の創製を目指して研究を進めている。具体的には酸素発生光触媒と水素発生光触媒を金属ナノ粒子を介して接合した二段階励起光反応系の構築において、空間選択性を持った固体界面創製を目的としている。令和元年度は、二段階励起光反応系による光水分解活性を向上させるために用いる多電子移動助触媒と光触媒の複合化および平成30年度までに開発した金属ナノ粒子担持酸素発生光触媒と組み合わせる水素発生光触媒の開発を行った。その結果、助触媒と光触媒の複合化では、可視光応答性を有するニオブドープタンタル酸銀光触媒に水素発生反応および酸素発生反応を促進する助触媒として白金とコバルト酸化物をそれぞれ光析出を用いて段階的に担持し、擬似太陽光照射下で水分解活性を約34倍向上させることに成功した。水素発生光触媒の開発においては接合に用いる金属ナノ粒子と親和性が高いと推察され、可視光応答性も有する金属硫化物を中心に光触媒の種類や接合方法を検討し、系の構築に際して有望と思われる条件候補を数種類選定した。さらに、これらと並行して酸素発生助触媒の開発を行い、鉄酸化物がプロトン受容能を有する固体塩基と複合化することによって、反応の律速段階において電子とプロトンの協奏移動を発現し、光水分解に用いる中性条件下において高い酸素発生活性を示すことを明らかにした。
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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
今年度は、本研究で開発する二段階励起光反応系の光水分解活性を向上させるための多電子移動助触媒の開発および光触媒との複合化、ならびに平成30年度までに開発した金属ナノ粒子担持酸素発生光触媒と組み合わせる水素発生光触媒の開発を行った。多電子移動助触媒の開発では酸化鉄触媒に固体塩基の一種である酸化ランタンを複合化して用いることで、酸素発生反応時に生じるプロトンの移動が促進され、中性条件下において塩基性条件下と同等の活性を発現させることに成功した。また、光触媒との複合化では光析出法を用いることで酸素発生助触媒と水素発生助触媒をともに光触媒表面にin situで担持することに成功し、これによる光水分解活性の向上も確認した。今回は単一光触媒にて上記結果を得たが、同手法は二段階励起光反応系にも適用できるものと考えられる。一方で、水素発生光触媒の開発においては接合に用いる金属ナノ粒子と親和性が高いと思われ、可視光応答性も有する金属硫化物光触媒を中心に検討を行った。合成法についても水熱合成法や光析出法を各化合物について適用可能か検討し、接合後の粒子形状観察や水分解活性評価を適宜進めてきた。その結果、現時点では意図する構造の構築には至っていないものの、有望と思われる候補を数種類選定することができ、最終年度の研究への足掛かりとなる結果が得られた。
以上から、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は現在までに得られた成果を基に二段階励起光反応系の構築および同系への助触媒の担持を進めていく。具体的には導電層として酸素発生光触媒上に担持した金属ナノ粒子上に水素発生光触媒を空間選択的に接合させる手法を開発し、さらに光析出法を利用した助触媒担持をすることで酸素発生光触媒と水素発生光触媒および助触媒が金属ナノ粒子を介して一列に並ぶ構造を構築することを目指す。そのための具体的な手段として以下の方法を検討する。
１．金属ナノ粒子あるいは水素発生光触媒へ分子修飾を施し、これらの粒子間での接合を促進する手法を開発する。
２．接合に用いる光触媒の価電子帯および伝導帯の電位位置や光応答可能な波長範囲を参考に、光析出法を利用して助触媒を意図する粒子上に選択的に担持する。
これらを通じて構造制御された光水分解系を構築することを目指す。
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| Causes of Carryover |
本研究課題の初年度に民間の研究助成に採択を受け、予算執行額が当初計画よりも少なくなった影響で、引き続き今年度も次年度使用が発生した。次年度使用分については予め請求している分と合わせて、実験消耗品の購入や学会発表用の旅費等に充て、本研究課題の遂行を円滑にするため有効に利用する計画である。
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Research Products
(7 results)
