2014 Fiscal Year Annual Research Report
金属ナノ粒子／半導体ヘテロ界面の精密設計に基づく可視光利用型ファインケミカル合成
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26289296
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
平井 隆之 大阪大学, 太陽エネルギー化学研究センター, 教授 (80208800)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白石 康浩 大阪大学, 太陽エネルギー化学研究センター, 准教授 (70343259)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 光触媒 / 金属ナノ粒子 / 金属酸化物半導体 / 可視光 / ファインケミカル / 白金 / 金 / 有機合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属ナノ粒子／半導体酸化物からなるヘテロ相界面を有する光触媒により、金属ナノ粒子の局在プラズモン共鳴に基づく可視光吸収と半導体への電子注入を進行させ、ファインケミカルを合成する新触媒プロセスを開発する。相界面の緻密設計による高効率電荷分離の実現、ならびに相界面近傍への還元サイトの導入による新物質変換反応への展開を通して、太陽エネルギーの化学エネルギーへの高効率変換を図る。これらの研究を通して、従来の触媒プロセスでは達成の困難な高難度の有機合成を、安価かつ安全な試薬を用いて、常温・常圧下、有害な廃棄物を出さずに進行させるクリーンプロセスを実現する。
平成２６年度は、以下の新触媒により物質変換を達成した。1) Ptナノ粒子を二酸化チタン（TiO2）に担持した光触媒による、可視光照射下におけるアニリンの酸素酸化反応（ニトロソベンゼン生成）、2) Ptナノ粒子を担持したグラファイト状窒化炭素光触媒による可視光照射下での水からの水素生成反応、3) シリカに担持した酸化鉄光触媒による、ヒドラジンを還元剤とするニトロ化合物のアニリンへの光触媒型還元反応、4) P25 TiO2によるニトロ化合物とアルコールからのワンポットイミン合成、5) Pdナノ粒子を担持したTiO2光触媒による、ニトロ化合物とアルコールからの二級アミン合成、6) Pdナノ粒子を担持したTiO2光触媒による、アゾベンゼン類とアルコールからの二級アミン合成、などを達成した。特に、1)、2) では、金属ナノ粒子の光吸収にもとづく半導体への電子注入により、電荷分離状態が形成され、光触媒反応を効率よく進行させることができることを明らかにした。
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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
Ptナノ粒子を担持したTiO2により可視光酸素酸化反応を効率よく進行させることができることを明らかにした。半導体酸化物上でのナノ粒子の機能に関する知見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。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、Pt、AuおよびPdナノ粒子の光触媒特性を明らかにしてきたため、これらの知見は多く蓄積されてきている。特に、Ptナノ粒子に関しては、従来よく研究されてきたAuナノ粒子を上回る活性が発現することが明らかにされ始めている。そのため、今後はPtナノ粒子触媒の設計と触媒機能の解明に努める。特に、半導体上のルイス酸点が可視光活性を発現する要因となることを明らかにし始めており、このような性質をうまく使うことにより、新たな性質を発現する可能性が極めて高い。これらの新規光触媒に関する基礎解析を行った上、物質変換反応への展開を図る。
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