2020 Fiscal Year Research-status Report
Hydrogen peroxide synthesis by Au nanoparticle-TiO2-SnO2 plasmonic photocatalyst
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20K05674
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| Research Institution | Kindai University |
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Principal Investigator |
多田 弘明 近畿大学, 理工学部, 教授 (60298990)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光触媒 / Auナノ粒子 / プラズモン / 過酸化水素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
過酸化水素は、環境に優しい酸化剤として使用量が今後益々増大すると見込まれる。水と酸素から過酸化水素を合成することができれば、これを燃料電池にインプットすることによって電気エネルギーが得られると同時に過酸化水素は水と酸素に戻る。本研究の目的は、水と酸素から過酸化水素を光触媒合成することのできる”新奇な人工光合成系を構築すること”である。その結果、新しいクリーンエネルギーサイクルが完結するので、その社会的インパクトは計り知れない。
当初の目標通り、TiO2-SnO2ナノロッドヘテロエピタキシャル接合体表面に金ナノ粒子を担持したサンプル(Au/SnO2-NR#TiO2, #はヘテロエピタキシャル接合を表す)を合成した。以下、本光触媒と省略する。
＜電極系＞本光触媒を固定した電極を作製し、光電流の照射光の波長依存性を測定した結果、この電極が波長800 nm以下で応答することを確認するとともに、水の酸化による光電流を観測することに成功した。さらに、この光電流の大きさは、Au/SnO2系、Au/TiO2系よりも大きいことが確認された。
＜微粒子系＞本光触媒を空気飽和エタノール水溶液中に分散後、可視光を照射することにより、酸素二電子還元が進行し過酸化水素が生成することが確認された。さらに、期待通り、Au/SnO2-NR#TiO2系は、Au/SnO2系、Au/TiO2系を超える高い光触媒活性を示すことが明らかになった。さらに、本触媒系の高い光触媒活性が、Au (on TiO2) → TiO2 → SnO2 → Au (on SnO2)方向の界面電子移動による電荷分離効率の向上、Auナノ粒子の酸素2電子還元に対する電極触媒活性、さらにはSnO2の過酸化水素分解に対する低い触媒活性の複合効果に起因することを明らかにした。
以上の研究成果をまとめた論文がアメリカ化学会のJ. Phys. Chem. Cに掲載された。
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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
研究計画書に記載した今年度の主目的は、本光触媒の作動原理の解明である。現在までの進捗状況で述べた通り、ほぼ計画通りに研究が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画書に記載した通り、以下の検討を行うことによって本光触媒のさらなる活性・選択性の向上を図る。
１．Au粒子サイズAu粒子サイズ制御およびバイメタリック化
２．局所電場計算によるプラズモニック金属のサイズ・構造・組成の合理的デザイン
３．SnO2-NRへのアンチモンドープによる導電性の向上と電荷分離効率の向上
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| Causes of Carryover |
コロナ禍の影響もあり、当初の予定よりもサンプル調製に必要な費用、さらにはその評価に伴う費用が当初の見込みよりも少なくなったために、令和2年度助成金のうち127,500円が未消化となった。令和3年度は、当初予算に加えてこの未消化分も使用して研究を加速する予定である。
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