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2010 Fiscal Year Annual Research Report

可視光駆動型二酸化マンガン光触媒を用いた人工光合成反応の最適化

Research Project

Project/Area Number 21560800
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

古屋仲 秀樹  京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 特定拠点准教授 (40248620)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 辻本 将彦  京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 研究員(WPI) (40437265)
Keywords触媒・化学プロセス / 合成化学 / 地球温暖化ガス排出削減
Research Abstract

地球上の全ての植物が、その葉緑体内でマンガンと酸素を主成分とする天然触媒を使って水を分解(Water Splitting)し、エネルギー(電子とプロトン)を得ている。本研究では、マンガンと酸素からなる二酸化マンガン微粒子を人工触媒として水分解に応用する研究を実施してきた。その結果、触媒効果によって同位体水(H2180)から同位体酸素1802が発生することを実験的に明らかにし、種々の観点から追試を重ねた結果、可視光を照射せずとも同二酸化マンガン触媒によって水分解が生じることを確認した。本成果は、太陽光が含む可視光が水分解を引き起こすために必要なエネルギー値を有しないにもかかわらず、葉緑体中における天然触媒が水分解していることを説明する成果である(現在論文投稿準備中)。次に、葉緑体内で水から獲得されたエネルギーは、チロシン蛋白とP680色素(太陽光によって酸化された状態)によって天然触媒から引き抜かれて後段に運ばれることは既知である。そこで本研究では、燃料電池システムの中に水で湿潤した二酸化マンガンを電解質として組込むことで、水分解の結果生じたプロトンと電子を引き抜くアクセプター環境を人工的に整えた。その結果、通常のセラミクスは500℃以上でないとプロトン導伝性を示さないにもかかわらず、室温下でセラミクスの一種である二酸化マンガンが8×10-5S/cm程度のプロトン導伝性を示すことを証明した。本成果は、直ちに水素センサ用の電解質への応用につながった。すなわち、ppmオーダーの低濃度にしか対応できない既存の水素濃度計測センサを革新し、0.1~99.9%と高濃度対応型の計測を実現した(論文・学会等で発表済み)。さらに本研究では、水起源の電気エネルギーで帯電させた二酸化マンガン微粒子による二酸化炭素の有機酸への変換を試みた。その結果、水中で二酸化炭素が有機酸に変換される反応を見出した(特許出願済み)。現在、同反応効率を向上させるための実験的研究を継続している。

  • Research Products

    (13 results)

All 2011 2010 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (4 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] Electrochemical property of manganese dioxide electrolyte for sensoring hydrogengas concentration2011

    • Author(s)
      上田義勝・古屋仲秀樹・徳田陽明・竹内謙
    • Journal Title

      Chemical Sensors

      Volume: 27 Pages: 121-123

  • [Journal Article] Sensoring hydrogen gas concentration using electrolyte made of proton conductive manganese dioxide2011

    • Author(s)
      Y.Ueda, A, I.Kolesnikov, H.Koyanaka
    • Journal Title

      Sensors & Actuators : B.Chemical

      Volume: (印刷中)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrochemical property of hydrogen gas sensor using a manganese dioxide electrolyte2010

    • Author(s)
      上田義勝・辻本将彦・古屋仲秀樹・竹内謙・徳田陽明
    • Journal Title

      Chemical Sensors

      Volume: Vol.26 Pages: 31-33

    • URL

      http://chemsens.electrochem.jp/journal/2010/2010a-abt.htm#10

  • [Journal Article] 二酸化マンガンナノ粒子を用いた水素ガスセンサ2010

    • Author(s)
      古屋仲秀樹・上田義勝
    • Journal Title

      燃料電池

      Volume: Vol.10, No.1 Pages: 90-94

    • URL

      http://www.fcdic.com/ja/kikanshi/VOL10-1.pdf

  • [Journal Article] Local crystal structure of nano-manganese-oxide gold adsorbent2010

    • Author(s)
      S.Iikubo, H.Koyanaka, S.Shamoto, K.Takeuchi, S.Kohara, K.Kodama, C-K.Loong
    • Journal Title

      J.Physics and Chemistry of Solids

      Volume: 71 Pages: 1603-1608

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 水素濃度計測用MnO_2電解質の電気化学的特性2011

    • Author(s)
      上田義勝・古屋仲秀樹・徳田陽明・竹内謙
    • Organizer
      電気化学会,第78回大会
    • Place of Presentation
      横浜国立大学
    • Year and Date
      2011-03-31
  • [Presentation] 二酸化マンガン電解質を用いた水素ガスセンサ2010

    • Author(s)
      古屋仲秀樹・高野幹夫・上田義勝
    • Organizer
      平成22年度秋季大会第106回講演大会
    • Place of Presentation
      京都大学
    • Year and Date
      2010-11-11
  • [Presentation] Solid Oxide Fuel Cell for Direct Utilization of DME at Intermediate Temperature, Asian SOFC Symposium2010

    • Author(s)
      K.Takeuchi, R.Tai, K.Ui, K.Fujimoto, S.Ito, H.Koyanaka, N.Koura
    • Organizer
      Asian SOFC Symposium
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2010-09-07
  • [Remarks]

    • URL

      http://int.icc.kyoto-u.ac.jp/?p=1704

  • [Patent(Industrial Property Rights)] ラムズデライト型結晶構造を有したナノメートルサイズの二酸化マンガンを合成する方法、二酸化マンガンを用いて水酸化物イオン起源のプロトン、電子、および酸素を生成する方法2011

    • Inventor(s)
      古屋仲秀樹・辻本将彦
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人京都大学
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2011/57471
    • Filing Date
      2011-03-25
  • [Patent(Industrial Property Rights)] ラムズデライト型結晶構造を有したナノメートルサイズの二酸化マンガンを合成する方法、二酸化マンガンを用いて水酸化物イオン起源のプロトン、電子、および酸素を生成する方法2011

    • Inventor(s)
      古屋仲秀樹・辻本将彦
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人京都大学
    • Industrial Property Number
      PCT/JP2011/57471
    • Filing Date
      2011-03-25
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 二酸化炭素の変換方法および二酸化炭素変換用触媒2010

    • Inventor(s)
      古屋仲秀樹
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人京都大学
    • Industrial Property Number
      特願2010-233058
    • Filing Date
      2010-10-15
  • [Patent(Industrial Property Rights)] メタンガスを水素に改質する触媒とその合成方法、および同触媒を用いたメタンガスの改質方法2010

    • Inventor(s)
      古屋仲秀樹・辻本将彦
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人京都大学
    • Industrial Property Number
      特願2010-146157
    • Filing Date
      2010-06-28

URL: 

Published: 2012-07-19  

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