2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Two-step Water Splitting Systems by using Polyoxometalate
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18K14321
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
冨田 修 京都大学, 工学研究科, 助教 (40801303)
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2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 二段階励起型水分解 / レドックス対 / ポリオキソメタレート / 光触媒 / 可視光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，二段階励起型水分解の高効率化を目指して，光触媒系のバンド構造に合わせて異なる酸化還元電位を有する新規レドックス対を開発することを目的とした．その1つの戦略として，ポリオキソメタレート材料をベースとした新規レドックス対の開発を根幹として研究を遂行した．ポリオキソメタレートは，アニオン性の金属酸化物であり，その構造として例えば，骨格の一部を他の遷移金属で置換した遷移金属置換Keggin型ポリオキソメタレートなどが挙げられる．構成する金属種の一部の原子価変化に由来する安定な酸化還元挙動を示し，さらに，骨格構造および構成元素によって，異なる酸化還元電位を有する．異なる元素から構成されるポリオキソメタレートを系統的に合成し，その電気化学的酸化還元挙動，反応溶液のpHと構造安定性の関係，水分解効率との関係を検証した結果，バナジウムの価数変化を利用して，新たに３種類のポリオキソメタレートが，二段階励起型水分解系の新規レドックスメディエーターとして安定に機能することを明らかにした．また，コバルトを含むポリオキソメタレートが効率的な電子受容体として機能（O2生成半反応）することを明らかにした．これらと並び，反応効率向上を目的として，半導体粒子内の電荷再結合抑制と，ポリオキソメタレートの還元（O2生成系）または酸化（H2生成系）を促進する反応サイト（助触媒）の選定と構築を行った．これらの知見は，レドックス対として適切なポリオキソメタレートの開発指針に結び付くものであり，今後，光触媒間との電荷移動に関する本質的理解に繋げることにより，本水分解系に適した構造を有するポリオキソメタレートの新規合成と体系化の拡張に繋がると考えられる．
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