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

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H01707
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27020:Chemical reaction and process system engineering-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Hirai Takayuki 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (80208800)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 白石 康浩 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 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 / 含塩素半導体 / 光触媒 / 塩水 / 空気 / 太陽光 / 人工光合成

Outline of Final Research Achievements

We synthesized Au/AgCl catalysts, in which gold (Au) particles were supported on silver chloride (AgCl), a chlorine-containing semiconductor powder. Au particles absorb visible light due to the localized surface plasmon resonance and generate hot holes and hot electrons. We discovered that a new method for generating hypochlorous acid (HClO) is possible by sunlight irradiation of the catalyst suspended in chloride solutions under air atmosphere. We found that the reaction proceeds by a mechanism in which the lattice chloride ions of AgCl are oxidized by hot holes generated by plasmon-activated Au particles to produce HClO, and the eliminated lattice chloride ions are compensated from the solution. We evaluated the potential of the catalyst for artificial photosynthesis on the basis of catalyst synthesis, photocatalytic activity, and mechanisms.

Free Research Field

光化学・光触媒化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

金属ナノ粒子／含塩素半導体ヘテロ相界面反応場を利用して、可視光照射下、塩水と空気から高効率にHClOを合成することが可能であることを見出した。可視光照射下でHClOを合成する光触媒は初めての報告であり、プラズモン光触媒の開発と高活性化に向けた新たな方法論と言える。また、塩素含有半導体の自己酸化と塩素イオンの補填を基盤とした新たな触媒開発を先導する研究成果と言え、人工光合成研究を牽引するはずである。持続可能エネルギー（太陽光）により、入手容易な原料（塩水と空気）から殺菌剤・消毒剤（HClO）をオンサイトで合成する本成果は、クリーン社会実現に向けた学問的・社会的インパクトの大きな成果と言える。