2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of stand-alone artificial photosynthetic systems consisting of metal complex and semiconductor by photoelectrochemical methods
| Project/Area Number |
19K15673
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
熊谷 啓 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (80761311)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
|
| Keywords | 光触媒 / 二酸化炭素還元 / 人工光合成 / 光電気化学 / 金属錯体 / 半導体 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究「光電気化学的手法による金属錯体と半導体から成る自立型人工光合成系の創出」では、光電気化学的手法を用いたボトムアップ型アプローチによって金属錯体と半導体の異種の光触媒を複合体へと機能化した集積型の光反応デバイスの開発と評価を行っている。
前年度までに開発した半導体電極とポリマー様金属錯体光触媒からなる光還元反応場（光カソード）について，詳細な評価と分析を行った。開発した光カソードは，水溶液中において高選択的なCO2還元活性を示し，その性能は金属錯体光触媒を単分子的に吸着させた参照試料に対し数倍に向上した。また電子伝達を促進する金属ナノ粒子の修飾によってその活性を大きく向上できることも併せて見出した。
また、光酸化反応場となる半導体光触媒について，種々の合成法により調製した試料を比較することで活性向上要因を検討した。これまでの検討で見出していた水の酸化に活性なBiVO4半導体光触媒について，複合化を見据え，表面助触媒の修飾と電極化した光酸化反応場（光アノード）の光電気化学特性評価を行い，高い活性を示す光触媒とその修飾手法を見出した。
以上までの知見をもとに，それぞれの目的の反応に活性を有する２種の光触媒を一つの複合体へと集積化した自立光触媒系の開発とその活性評価を行った。開発した光触媒集積体は，外部からの電気的なインプットなしに光照射のみで反応を駆動し，CO2還元や水素生成を進行させることを確認した。よって，目的の人工光合成型反応に一定の活性を示す光触媒系を達成した。
|
