2014 Fiscal Year Annual Research Report
二酸化炭素の吸着と光還元機能を具えた人工光合成材料の創製
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25708037
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
勝又 健一 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 特任講師 (70550242)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 層状・層間化合物 / 人工光合成 / 二酸化炭素 / 金属水酸化物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
層状複水酸化物（LDHs）はCO2吸着能やCO2を活性化する塩基性表面，構成元素の多様性等の優れた基礎物性を有する材料であり、これらの物性はCO2光還元材料への展開において非常に有利である。本年度は、近年光触媒としての機能が明らかにされつつあるLDHs を母材としてヘテロポリ酸を反応サイトして複合化し、人工光合成システムの構築を検討した。
水熱法を用いて硝酸型Ni-Al LDH、共沈法を用いて硝酸型Zn-Cr系LDHの合成を行った。その後、pH制御した溶液中でヘテロポリ酸と硝酸イオンを交換し、最後に100度で24時間水熱処理することで層間にヘテロポリ酸を導入したLDHとした。今回使ったヘテロポリ酸はH2W12O406-とPV3Mo9O406-とした。特性の評価は反応セル中に水蒸気とCO2ガスを導入し、光照射してCOガスの濃度変化を追うことで評価した。XRDおよびFT-IR測定によりLDH層間にヘテロポリ酸が導入されていることを示唆する結果が得られた一方で、層状構造に起因するピーク強度が低下した。SEMおよびTEM観察より、ヘテロポリ酸の導入前後で板状粒子に大きな変化は見られなかった。CO2光還元能はNi-AlおよびZn-Cr LDHにヘテロポリ酸を導入しても活性は変わらなかった。これは反応を律速しているのが還元反応ではなく酸化反応であるためだと考えられるため、今後は酸化反応を促進する助触媒を付加することで、活性の向上を目指す。
以上より、LDHの層間にヘテロポリ酸を導入することでCO2光還元能を上げることはできなかったが、酸化反応を促進する助触媒および犠牲試薬を用いることで特性向上が見込める可能を示すことができた。
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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
層状複水酸化物（Zn-Cr LDH）と多電子還元光触媒（ヘテロポリ酸）の複合体を作製することに成功した。複合体の構造解析にまでは至らなかったが、作製方法の確立と特性向上という当初の目的を達成することができた。活性自体は向上することができなかったが、反応を律速しているのが酸化反応だと推察できたことで、今後の活性向上を目指した材料創製へ繋がる結果を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
層状複水酸化物（Zn-Cr LDH）の層間に多電子還元光触媒（ヘテロポリ酸）を導入した複合体に酸化反応を促進する助触媒を付加した新しい材料の合成を試みる。加えて、LDHを単相剥離した状態でCO2光還元特性の評価を行っていく。CO2光還元特性の評価として、二つの反応場（気相と液相）を作製し、作製した試料のCO2光還元活性を評価する。気相ではCO2ガスを脱イオン水中にバブリングし、CO2ガスと水蒸気を反応場にフローして光照射時間に対するCO2と還元生成物であるCOをガスクロマトグラフ（GC）で定量する。液相は脱イオン水中に試料を置きCO2ガスをバブリングしながら光照射して還元生成物であるCO, CH4, HCOOH, CH3OHをGCと液体クロマトグラフ（HPLC）で定量する。液相の場合はスターラーで撹拌を行う。二つの反応場による活性を比較し、CO2光還元活性と還元生成物の反応場依存性を明らかにする。また、光源として紫外光（Hg-Xeランプ）と人工太陽光（Xeランプ）を用意し、照射下におけるCO2光還元特性と水分解特性を評価し、さらに単波長を用いて量子効率を算出し、作製した複合体のCO2光還元の波長依存性を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
当初購入を予定していた評価装置（液体クロマトグラフ）の購入を延期したため
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
購入を延期した液体クロマトグラフの購入費に充てる
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