2021 Fiscal Year Annual Research Report

Metal nanoparticles/semiconductor photocatalysts for hypochlorous acid from salt water and air

Research Project

Project/Area Number	21H01707
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	平井隆之大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (80208800)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	白石康浩大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (70343259)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	次亜塩素酸 / 金属ナノ粒子 / 半導体光触媒 / 塩水 / 空気
Outline of Annual Research Achievements	太陽光エネルギーにより、常温・常圧下、塩水と空気を原料として次亜塩素酸を合成する新光触媒を開発する。プラズモン金属ナノ粒子／含塩素半導体からなる相界面への可視光照射により、金属ナノ粒子上に生成したホットホールを含塩素半導体に注入する。ホールによる骨格塩素イオンの酸化と、溶液内塩素イオンによる骨格塩素イオンの補填を連続的に進め、次亜塩素酸を効率よく合成する革新的光触媒を開発する。これらの研究を通して、持続可能エネルギーにより、入手容易な塩水と空気から殺菌剤・消毒剤として不可欠な次亜塩素酸を簡便に合成する新技術の開発を目指す。 2021年度は、Auナノ粒子を担持したAgCl半導体粉末（Au/AgCl触媒）の合成を中心に検討した。可視光励起による効率のよいホットホール注入には、強固なAu/AgCl接合界面を形成させる必要がある。水溶液中でAgCl粉末をAu前駆体（HAuCl4）と混合し、Au前駆体を固体表面に吸着させた後、管状炉内で焼成する「析出沈殿法」を用いてAu/AgCl触媒を合成したところ、極めてClO-が効率よく生成することを見出した。焼成温度、焼成時間、Au担持量などのパラメータの最適化を行い高活性触媒を合成した。最適化した触媒は太陽エネルギー変換効率0.14%以上でClO-を生成させることが可能であり、天然植物の光合成における変換効率（0.1%）を上回ることが可能であった。したがって、ClO-合成が新たな人工光合成反応となりうる可能性を示した。さらに、メカニズム解明のため各種電気化学ならびに光電気化学測定を行い、上述のメカニズムをしっかりと裏付けるデータを蓄積し、論文化できる状態まで順調に研究を進めた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 析出沈殿法を用いるAu担持が高活性発現に有効であることを見出している。メカニズムの肉付けと各種サポートデータが蓄積されてきており、今後の研究課題を順調にクリアできる感触を得ている。それゆえ区分２に該当すると判断できる。
Strategy for Future Research Activity	今後は、ビスマスオキシクロリドなどのAgClに代わる塩素含有半導体の使用、マイクロ波加熱法を用いる小粒子・高濃度Au担持、高活性合金ナノ粒子の担持などの課題について引き続き研究を進める。