2013 Fiscal Year Research-status Report
太陽光利用を目指した金属酸化物メソ結晶光触媒の開発
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25810114
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
立川 貴士 大阪大学, 産業科学研究所, 助教 (20432437)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | エネルギー変換 / 高機能触媒 / 光触媒 |
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| Research Abstract |
本研究では、多孔性と構造規則性を備えた金属酸化物ナノ粒子の集合体である金属酸化物メソ結晶を合成し、光触媒などの光エネルギー変換システムに応用した。反応溶液をシリコン基板上に滴下し、この基板を酸素雰囲気下で焼結することによって多孔質二酸化チタンメソ結晶を得た。二酸化チタンメソ結晶に金ナノ粒子を担持することで、可視光照射下でも高い活性を示すプラズモニック光触媒を開発することに成功した。開発した金ナノ粒子担持二酸化チタンメソ結晶は、同様に金ナノ粒子を担持させた二酸化チタンナノ粒子と比べ、有機物の分解反応において一桁以上高い光触媒活性を示すことがわかった。また、フェムト秒過渡吸収測定によって金ナノ粒子から注入された電子を直接観測することで電荷分離寿命を決定し、光触媒反応との関連性を明らかにした。さらに、２種類の金属酸化物ナノ粒子からなる金属酸化物メソ結晶を簡便に合成できる方法を開発し、粒子間で非常に高効率な光誘起電荷移動反応が起こることを、単一粒子蛍光分光法や時間分解拡散反射法などの実験によって明らかにした。さらに、二酸化チタンメソ結晶に酸素生成触媒として知られるコバルト酸化物を光担持した。コバルト酸化物を担持したメソ結晶における光酸化反応過程を蛍光プローブによって単一結晶レベルで観測し、反応活性の空間分布や生成物の拡散過程に関する知見を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
二酸化チタンメソ結晶をはじめ、種々の金属酸化物メソ結晶を同一条件下で合成できる手法を開発した。特に、２種類の金属酸化物からなる二成分メソ結晶の合成に世界で初めて成功した。さらに、単一粒子蛍光分光法や時間分解拡散反射法を用いて、ナノ粒子界面における電荷移動反応過程を観測し、光機能性との関連性を明らかにした。以上のように、多くの成果が得られたことから、研究は当初の計画以上に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
金属酸化物メソ結晶を用いた光エネルギー変換システムの更なる高効率化、ならびに異種材料界面における反応機構の解明を中心に研究を推進する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため当初の見込み額と執行額は異なっている。一方、研究計画に変更はなく、前年度の研究費も含め、当初予定通りの計画を進めていく。
25年度の研究費に未使用額が生じたが、26年度に光学備品等を購入し、メソ結晶界面における単一分子蛍光イメージングの研究を実施する。
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