助触媒金属クラスターの厳密組成制御とその効果の解明による高活性水分解光触媒の創製

• 研究課題/領域番号: 16K21402
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: エネルギー関連化学; ナノ材料化学
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 藏重 亘 東京理科大学, 理学部第一部応用化学科, 講師 (50734589)
• 研究協力者: 根岸 雄一 東京理科大学, 理学部第一部応用化学科, 教授 (20332182)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 金属クラスター / 光触媒 / 助触媒 / 精密担持 / SMSI / 金クラスター / 水分解半導体光触媒 / 触媒 / ナノ材料

研究成果の概要

本研究ではまず、Au25クラスター担持光触媒（Au25-BaLa4Ti4O15）を対象に、助触媒の微細化が水分解の各素反応に与える影響の解明に取り組んだところ、助触媒の微細化は、水素生成反応を加速させる一方で、逆反応も加速させてしまうことが明らかになった。そこで次に、Au25クラスター助触媒の凝集を抑制しつつ、その上にCr2O3シェルを形成させ、逆反応を抑制することに取り組んだ。その結果、SMSIを利用することで、Au25クラスター助触媒をCr2O3膜に埋め込むことに成功し、Cr2O3シェルのないAu25-BaLa4Ti4O15よりも19倍程度高い活性を有する光触媒を創製することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Au25-Loaded BaLa4Ti4O15 Water-Splitting Photocatalyst with Enhanced Activity and Durability Produced Using New Chromium Oxide Shell Formation Method (2018)
  • 著者名/発表者名: W. Kurashige, R. Kumazawa, D. Ishii, R. Hayashi, Y. Niihori, S. Hossain, L. V. Nair, T. Takayama, A. Iwase, S. Yamazoe, T. Tsukuda, A. Kudo, Y. Negishi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 印刷中 号: 25 ページ: 13669-13681
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b00151
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-performance Liquid Chromatography Mass Spectrometry of Gold and Alloy Clusters Protected by Hydrophilic Thiolates (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Niihori, D. Shima, K. Yoshida, K. Hamada, L. V. Nair, S. Hossain, W. Kurashige, Y. Negishi
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 10 号: 4 ページ: 1641-1649
  • DOI: 10.1039/c7nr07840d
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photo-induced H2 Evolution from Water via the Dissociation of Excitons in Water-Dispersible Single-Walled Carbon Nanotube Sensitizers (2018)
  • 著者名/発表者名: Kango Ishimoto, Tomoyuki Tajima, Hideaki Miyake, Masahiro Yamagami, Wataru Kurashige, Yuichi Negishi, and Yutaka Takaguchi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 号: 4 ページ: 393-396
  • DOI: 10.1039/c7cc07194a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Incorporating a TiOx Shell in Single-Walled Carbon Nanotube/Fullerodendron Coaxial Nanowires: Increasing the Photocatalytic Evolution of H2 from Water under Irradiation with Visible Light (2017)
  • 著者名/発表者名: Kiki Kurniawan, Tomoyuki Tajima, Yosuke Kubo, Hideaki Miyake, Wataru Kurashige, Yuichi Negishi and Yutaka Takaguch
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 7 号: 50 ページ: 31767-31770
  • DOI: 10.1039/c7ra05412b
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Understanding and Practical Use of Ligand and Metal Exchange Reactions in Thiolate-Protected Metal Clusters to Synthesize Controlled Metal Clusters (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Niihori, S. Hossain, S. Sharma, B. Kumar, W. Kurashige, Y. Negishi
  • 雑誌名: THE CHEMICAL RECORD 巻: - 号: 5 ページ: 473-484
  • DOI: 10.1002/tcr.201700002
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Monodisperse Iridium Clusters Protected by Phenylacetylene: Implication for Size-Dependent Evolution of Binding Sites (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Yamamoto, P. Maity, R. Takahata, S. Yamazoe, K. Koyasu, W. Kurashige, Y. Negishi, T. Tsukuda
  • 雑誌名: THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY 巻: C 号: 20 ページ: 10936-10941
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b12121
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] [Pt17(CO)12(PPh3)8]n+ (n = 1, 2): Synthesis and Geometric and Electronic Structures (2017)
  • 著者名/発表者名: L. V. Nair, S. Hossain, S. Wakayama, S. Takagi, M. Yoshioka, J. Maekawa, A. Harasawa, B. Kumar, Y. Niihori, W. Kurashige, Y. Negishi
  • 雑誌名: THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY 巻: C 号: 20 ページ: 11002-11009
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b00978
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Perspective: Exchange Reactions in Thiolate-Protected Metal Clusters (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Niihori, S. Hossain, B. Kumar, L. V. Nair, W. Kurashige, Y. Negishi
  • 雑誌名: APL Materials 巻: 5 号: 5 ページ: 053201-053201
  • DOI: 10.1063/1.4978373
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] SWCNT photocatalyst: Hydrogen Evolution from Water upon Photoexcitation of (8,3)SWCNT at 680-nm Light (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Murakami, Y. Tango, H. Miyake, T. Tajima, Y. Nishina, W. Kurashige, Y. Negishi, Y. Takaguchi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 43445-43445
  • DOI: 10.1038/srep43445
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Separation of Glutathionate-Protected Gold Clusters by Reversed-Phase Ion Pair High-Performance Liquid Chromatography (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Niihori, Y. Kikuchi, D. Shima, C. Uchida, S. Sharma, S. Hossain, W. Kurashige, Y. Negishi
  • 雑誌名: Industrial & Engineering Chemistry Research 巻: 56 号: 4 ページ: 1029-1035
  • DOI: 10.1021/acs.iecr.6b03814
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ligand Exchange Reactions in Thiolate-Protected Au25 Nanoclusters with Selenolates or Tellurolates: Preferential Exchange Sites and Effects on Electronic Structure (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Hossain, W. Kurashige, S. Wakayama, B. Kumar, L. V. Nair, Y. Niihori, Y. Negishi
  • 雑誌名: THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY 巻: 120 号: 45 ページ: 25861-25869
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b08636
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Tuning the Electronic Structure of Thiolate-Protected 25-Atom Clusters by Co-Substitution with Metals Having Different Preferential Sites (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Sharma, S. Yamazoe, T. Ono, W. Kurashige, Y. Niihori, K. Nobusada, T. Tsukuda, Y. Negishi
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 45 号: 45 ページ: 18064-18068
  • DOI: 10.1039/c6dt03214a
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Halogen Adsorbates on Polymer-Stabilized Gold Clusters: Mass Spectrometric Detection and Effects on Catalysis (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Ishida, S. Arii, W. Kurashige, S. Yamazoe, K. Koyasu, Y. Negishi, T. Tsukuda
  • 雑誌名: Chinese Journal of Catalysis 巻: 37 号: 10 ページ: 1656-1661
  • DOI: 10.1016/s1872-2067(16)62501-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Creation of HIgh Activity Water-Splitting Photocatalyst using Au25 Cluster Cocatalyst (2018)
  • 著者名/発表者名: Wataru Kurashige, Yuichi Negishi
  • 学会等名: International Congress on Pure & Applied Chemistry (ICPAC) 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Creation of High Activity Water-Splitting Photocatalyst using Au25 Cluster Cocatalyst (2017)
  • 著者名/発表者名: Wataru Kurashige, Rina Kumazawa, Rui Hayashi, Tomoaki Takayama, Akihide Iwase, Akihiko Kudo, Yuichi Negishi
  • 学会等名: Photocatalysis 2 & SIEMME'23
  • 国際学会
• [学会発表] 新規有機配位子保護金属クラスターの精密合成と水分解光触媒の活性部位としての活用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藏重亘、根岸 雄一
  • 学会等名: 北海道大学マテリアルセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 単結晶X線構造解析による金属クラスターの構造解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藏重亘、若山 彰太、高木 隼次郎、Sakiat Hossain、Lakshmi V. Nair、小野 祐、吉岡 真宏、細井 麻衣、今井 裕佳理、陳 兆恒、根岸 雄一
  • 学会等名: 第66回高分子討論会
  • 招待講演
• [学会発表] 有機配位子保護金属クラスターの合成・幾何構造・電子構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藏重 亘、Sakiat Hossain、Lakshmi V. Nair、若山 彰太、小野 祐、高木 隼次郎、吉岡 真宏、細井 麻衣、今井 裕佳理、陳 兆恒、根岸 雄一
  • 学会等名: 錯体化学会第67回討論会
• [学会発表] 有機配位子保護金属クラスターの合成・幾何構造・電子構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藏重 亘、Sakiat Hossain、Lakshmi V. Nair、若山 彰太、小野 祐、高木 隼次郎、吉岡 真宏、細井 麻衣、今井 裕佳理、陳 兆恒、根岸 雄一
  • 学会等名: 第68回コロイドおよび界面化学討論会
• [学会発表] Creation of High Activity Water-Splitting Photocatalyst using Au25 Cluster Co-catalyst (2017)
  • 著者名/発表者名: Wataru Kurashige、Yuichi Negishi
  • 学会等名: International Symposium on Monolayer Protected Clusters 2017 (ISMPC17)
  • 国際学会
• [学会発表] SMSI効果を利用した微小金クラスター助触媒のCr2O3コーティングによる水分解光触媒の高活性化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 藏重亘、根岸雄一
  • 学会等名: 東京理科大学 研究推進機構 総合研究院 界面科学研究部門 2017夏季シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Elucidation of Size Dependence of Au Cluster Co-Catalyst on Water-Splitting Photocatalytic Activity (2017)
  • 著者名/発表者名: Wataru Kurashige, Takumi Terui, Daiki Ishii, Shun Yoshino, Rina Kumazawa, Rui Hayashi, Shunsuke Nozawa, Yuichi Negishi
  • 学会等名: 2017 International Conference on Artificial Photosynthesis
  • 国際学会
• [学会発表] チオラート保護金クラスターの高機能化手段の確立と応用への展開 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藏重亘、根岸雄一
  • 学会等名: 若手研究者のための機能性材料シンポジウム2016
  • 発表場所: 山形大学小白川キャンパス（山形県）
  • 年月日: 2016-12-08
• [学会発表] 精密合成された金クラスターの助触媒利用とその展望 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藏重亘、高山大鑑、岩瀬顕秀、工藤昭彦、根岸雄一
  • 学会等名: 新学術領域研究「人工光合成」若手研究者育成シンポジウム
  • 発表場所: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス（滋賀県）
  • 年月日: 2016-11-18
• [学会発表] カルコゲナート配位子が金25量体クラスターの電子・幾何構造に与える影響の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藏重亘、Hossain Sakiat、若山彰太、根岸雄一
  • 学会等名: 第67回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 北海道教育大学旭川校（北海道）
  • 年月日: 2016-09-22
• [学会発表] 精密担持金クラスター助触媒が水分解光触媒活性に与える影響の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 藏重亘、石井大樹、照井琢王、熊澤里菜、吉野駿、高山大鑑、岩瀬顕秀、工藤昭彦、根岸雄一
  • 学会等名: ナノ学会第14回大会
  • 発表場所: 北九州国際会議場（福岡県）
  • 年月日: 2016-05-10
• [図書] Descriptive Inorganic Chemistry Researches of Metal Compounds (2017)
  • 著者名/発表者名: Bharat Kumar, Yoshiki Niihori, Wataru Kurashige, Yuichi Negishi
  • 出版者: InTech's publishing
• [図書] Stimuli-responsive interface: fabrication and application (2016)
  • 著者名/発表者名: Sachil Sharma, Yoshiki Niihori, Wataru Kurashige, Yuichi Negishi
  • 総ページ数: 313
  • 出版者: Springer
• [図書] Supra-Materials Nanoarchitectonics (2016)
  • 著者名/発表者名: Sachil Sharma, Wataru Kurashige, Yoshiki Niihori, Yuichi Negishi
  • 総ページ数: 346
  • 出版者: Elsevier