2021 Fiscal Year Annual Research Report
Design of semiconductor photocatalysts and photocatalyst systems for highly efficient artificial photosynthesis
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19H02819
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
岩瀬 顕秀 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (40632451)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 人工光合成 / 複合体 / 表面修飾 / 光触媒 / 水分解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，単一粒子による一段階励起型光触媒および2種類の粒子を用いた二段階励起型(Zスキーム型)光触媒による高効率かつ高選択な人工光合成を達成することを目的としている。その目的を達成するために，本年度では，光生成した電荷の分離促進および反応活性点の制御を目指し，還元型酸化グラフェンと光触媒との複合体形成手法の新規開発および半導体担持型光触媒の開発をおこなった。
還元型酸化グラフェンと光触媒との複合体形成手法の新規開発について，これまでは，光触媒の還元力を利用して酸化グラフェンを光触媒的に還元する際に，還元剤を使用していた。そこで，還元剤として助触媒源を用い，助触媒担持および酸化グラフェンの還元を同時に行うことを試みた。その結果，従来の方法で調製したものと同程度の性能を示す複合体の簡便な合成に成功した。
半導体担持型光触媒の開発の開発について，Zスキーム型光触媒系の水素生成光触媒として用いる金属硫化物の表面修飾に取り組んだ。具体的には，金属硫化物光触媒の表面に異なる単純金属硫化物を，硫化物イオンを含む水溶液を用いた沈澱法により担持した。その際，単純金属硫化物を担持しなくても，硫化物イオンを含む水溶液中で金属硫化物光触媒を攪拌するだけで性能が向上することを見いだした。さらに，適切な単純金属硫化物を担持することで，さらに性能が向上することも見いだした。これらの結果として，可視光照射下におけるZスキーム型水分解反応の高活性化に成功した。
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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
研究実績の概要で述べたように，本年度の研究実施計画であった「光生成した電荷の分離促進」および「反応活性点の制御」のそれぞれにおいて，新規手法による複合体の形成，表面処理による高性能化，半導体担持型複合体光触媒形成による高性能化という明確な進展が見られている。以上の点から上記の判断に至った。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究で開発した可視光照射下におけるZスキーム型水分解反応に活性な半導体担持型光触媒において，さらなる高性能化を目指す。具体的には，より適切な担持物の探索を進めるとともに，基とする光触媒の探索も行う。担持後の熱処理などのポスト処理も検討する。水分解反応に加えて，二酸化炭素還元反応にも着手するために，適切な助触媒開発にも取り組む。このような高性能化に取り組みつつ，高性能化のメカニズムを理解するために光電極系での性能評価も行う。適切な犠牲試薬を用いることで，電子移動過程 に関する情報も得られると期待される。必要に応じて，光触媒内部での光生成した電荷の易動度や寿命を測定し，材料設計にフィードバックしながら研究を進める。
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