2014 Fiscal Year Annual Research Report
金属酸化物ナノシートで創る反応場分離型水の酸化光触媒
Publicly Offered Research
| Project Area | Chemical conversion of solar energy by artificial photosynthesis: a breakthrough by fusion of related fields toward realization of practical processes |
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| Project/Area Number |
25107512
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
前田 和彦 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (40549234)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 人工光合成 / 水の酸化 / 水素製造 / 層状化合物 / ナノシート / ナノ粒子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成25年度の研究において我々は、層状KCa2Nb3O10を単層剥離して得られるナノシートを再積層することで、可逆な電子受容剤存在下での水の酸化反応に活性を示すようになることをはじめて見出した。水の酸化活性は層剥離に伴う比表面積の増加ではなく、剥離-再積層という操作の結果発現していることが確かめられ、層状化合物の剛直な2-D平面構造が剥離により歪んだことなどが影響したと考えられる。引き続き本系の高活性化を助触媒担持により実現しようと試み、層空間への酸素生成助触媒の導入を検討している中、ナノシートの負電荷と助触媒の前駆体であるカチオン性錯体の静電相互作用を利用すると、水素生成サイトとして有効なPt助触媒の高分散担持ができること、そして得られたPt/KCa2Nb3O10ナノシート再積層体が水の完全分解に高い活性を示すことを見出した。これまでの研究で未解明となっていた粒径1 nm未満のナノ粒子の触媒特性も、本研究で明らかとすることができた。
ペロブスカイト構造の金属酸化物は、構成するA、Bサイトカチオンを変化させることで伝導帯位置を制御することができる。本年度の研究ではこの点に着目し、伝導帯下端位置を精密制御したナノシート（HCa2-xSrxNb3O10及びHCa2Nb3-yTayO10）を新たに合成した。X線回折、ラマン分光、元素分析、拡散反射分光などの各種測定により、これら組成式で表される材料がペロブスカイト型骨格をもち、その光吸収特性とバンド構造が組成に対応して連続的に変化することを明らかとした。また、組成を最適化したHCa2Nb2TaO10ナノシートはメタノール水溶液からの水素生成反応に最大で80% (at 300 nm)の高い量子収率を与えることもわかった。
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| Research Progress Status |
26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 |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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