2015 Fiscal Year Research-status Report
交互積層新奇ナノハイブリッド型光触媒による可視光応答電荷分離
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26410235
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
望月 大 信州大学, 先鋭領域融合研究群・環境・エネルギー材料科学研究所, 准教授 (90434315)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 交互積層体 / 電子移動 / 光触媒 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、異種の金属酸化物層をナノメートルスケールで交互に積層した新奇ナノハイブリッド型光触媒の創出を目的としている。具体的には、クリックケミストリーの手法を層状金属酸化物に適用し、層間距離やその層間へ色素分子を導入することにより、可視光応答型の光誘起電荷分離を制御する。この電荷分離制御を水の完全分解などの光触媒へ応用する。以上の検討は、太陽光を利用した再生可能なエネルギー製造への礎となるのに加え、新奇ナノ材料創製に向けた新機軸を付与する可能性がある。
層状金属酸化物は、誘電性や光触媒活性など興味深い性質を示す化合物として、多様な組成・結晶構造が知られている。今年度は、その中でも、光触媒への応用に向け、層状タンタル酸塩、層状ニオブ酸塩に着目し検討を進めた。これらの層状化合物は、その伝導帯電位に違いがあるため、層間距離だけに依存しない電子移動制御が可能となる。その伝導帯電位の違いによる光誘起電荷分離を確認するため、層状タンタル酸と層状タングステン酸および層状ニオブ酸と層状タングステン酸の交互積層体を新たに合成した。
さらに、導電性の高いRuO2ナノシートにプロトン導電性の高い酸化グラフェンを交互積層させると、RuO2と酸化グラフェンの接触面積が増加し、電気化学キャパシタなどの電気化学的応用に適した構造が構築できる予測した。本研究ではクリック反応を利用したRuO2/酸化グラファイト複合ナノシートの合成を目指し、その前段階としてチオール基を修飾したRuO2ナノシートの合成を行った。
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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
当初予定していた光触媒水素発生に加え、新規交互積層体の合成に着手している。次年度の計画まで進んでおり、当初計画以上に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度では、ヘテロ積層半導体と有機金属錯体との複合化により、二酸化炭素還元触媒へ応用する。二酸化炭素を効率よく有用な化合物に変換するために、二酸化炭素および還元エネルギーが迅速に供給できる反応場と精緻に設計された金属錯体活性中心を融合させた革新ナノ材料を提供する。層間に有機金属錯体をインターカレーションさせた後、二酸化炭素を吸着させ、層間内に二酸化炭素を濃縮させる。そこで濃縮された二酸化炭素が、超臨界状態の二酸化炭素と同様に、有機金属錯体と接触することで、二酸化炭素の還元反応が効果的に進行すると予測し、検討する。
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| Causes of Carryover |
本研究課題の主目的であった光触媒応用に対し、水素製造反応に関する研究が最初に試行した触媒で達成されたことから、研究が順調に進展した。そのため、研究開始当初に見込んでいた消耗品（白金触媒など）の購入額が削減され、経費が抑えられた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度から、新反応として二酸化炭素の還元反応を試みる。そのために、Ｈ２８年度請求額と合わせて新たな実験試薬・器具等の消耗品に使用する。
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