| Research Abstract |
近年, 急速な化石燃料の消費と, それに伴い深刻化している環境問題を解決する手段として, 燃料電池が注目されている。しかし, 動力源である水素は水蒸気改質法で製造されており, 化石燃料からの完全脱却には至っていない。太陽光エネルギーを用いて水を水素と酸素に分解する光触媒システムを実用化することが出来れば, 自然エネルギーのみ使用する究極的な水素製造法になる。本申請課題では, 水素または酸素生成反応にのみ活性を示す光触媒間に電子伝達剤を付与することで水の全分解反応が進行するZスキーム系において, 電子伝達剤開発が未だ発展途上段階にあることを鑑み, 電子伝達機能を有する金属錯体を用いて可視光照射下での水分解反応を検討した。具体的には, 光合成の電子授受機能を司るプラアストシアニンに注目し, 配位子に様々な置換基を導入した(2, 2'-ビピリジンまたは1, 10-フェナントロリン上にメチル基等を導入した)銅錯体を設計・合成した。これは銅周りの構造変化に伴って酸化還元電位が変化するので, 光触媒と電子伝達剤との電子移動反応におけるドライビングフォース依存性を詳細に検討することが可能である。水素および酸素生成光触媒としてはロジウムドープチタン酸ストロンチウムおよびバナジン酸ビスマスをそれぞれ用いた。その結果, 当初の予想通り, 明確なドライビングフォース依存性が見られた。このように単一の電子伝達剤を用いて光触媒反応を検討することで, 活性の大小関係を議論する際に光触媒表面の吸着特性という因子を除外することが可能となり, 電子移動反応の律速過程がわかるため, 学術的にも意義深いと考えられる。検討した錯体の中では, ビス(2, 2'-ビピリジン)銅(II)錯体を電子伝達剤として用いた場合に最高活性が得られ, 420ナノメートルにおける見かけの量子収率は0.55%となった。
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