2016 Fiscal Year Annual Research Report
Visible-Light-Driven Fine Chemical Synthesis Based on Construction of New Metal Nanoparticles/Semiconductor Heterojunctions
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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 / 半導体酸化物 / 有機合成 / 白金 / 金 / 可視光 |
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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、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28年度は、Auナノ粒子をP25二酸化チタン粒子に担持した触媒による可視光酸素化反応を行った。Auナノ粒子はバンド内遷移に基づく可視光吸収（～800 nm）を示す。Auナノ粒子の可視光吸収により生成した励起電子（Hot electron）は、二酸化チタンとの界面に形成されるショットキーバリアを乗り越えて二酸化チタンの伝導帯に注入され、電荷分離する。そのため、Au粒子上で酸化反応が、二酸化チタン上で還元反応が進行することにより光触媒反応が進行する。種々の二酸化チタン上にAuナノ粒子を担持して光触媒反応を行ったところ、P25二酸化チタンに載せた場合に著しく高活性が発現することを見出した。P25二酸化チタンを形成するアナターゼおよびルチル粒子を単離して詳細を調べたところ、アナターゼ粒子にAuを乗せた場合に著しい活性が発現することを見出した。P25アナターゼ粒子表面には、露出したTi4+種が特異的に多く存在することが分かった。これらのTi4+種がAuナノ粒子の負電荷を中和することにより、正電荷からなる空乏層を狭め、ショットキーバリアを通り抜ける「トンネル効果」によりAuナノ粒子から二酸化チタンへの電子注入を進めることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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