| 研究課題/領域番号 |
20H02847
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 九州工業大学 |
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研究代表者 |
横野 照尚 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (10203887)
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| 研究分担者 |
村上 直也 九州工業大学, 大学院生命体工学研究科, 教授 (10452822)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円)
2023年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2020年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
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| キーワード | グラファイト型窒化炭素 / 過酸化水素合成 / 選択的酸素還元 / 原子状金属イオン固定化 / 二電子酸素還元 / アンモニア合成 / 励起状態電荷分布DFT計算 / 原子状金属イオン固定 / 過酸化水素生 / 可視光照射下 / 過酸化水素生成 / 原子上金属イオン修飾 / C3N4 / 酸素還元 / 可視光照射 / 原子状金属イオン修飾 / 励起状態電荷分布状態計算 / 窒化炭素誘導体 / 金属イオンの原子状配位固定化 / 過酸化水素製造 / 重合型窒化炭素 / 酸素の選択的に電子還元 / 可視光応答型光触媒 / 光触媒的過酸化水素生成 / 15族元素配位 / 窒化炭素誘導体光触媒 / ガス拡散電極 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
研究代表者は，すでに予備的実験の結果として，第15 族元素のイオンであるSb5+イオンを配位させたC3N4 の合成に成功し，Sb5+イオンを配位させていないC3N4 と比較して約30 倍程度のH2O2 生成活性を発現することを見出している．そこで，この結果を基に，さらに高活性なC3N4 材料の開発に挑むとともに，時間依存密度汎関数理論（TDDFT）を用いた電子・正孔の分布状態の可視化，光音響分光法による光触媒反応場における電子移動過程の分光計測などにより，開発したC3N4 材料の動作機構の解明を行う．また，開発したC3N4 材料とガス拡散ユニットを用いたH2O2 製造システムの構築を行う．
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| 研究成果の概要 |
過酸化水素(H2O2)は，水素にかわる次世代燃料電池の燃料としての利用が期待されているが工業的にはアントラヒドロキノンを触媒とし、エネルギー多消費型反応で合成される。
我々の研究室では、太陽光などの光エネルギーのみを用いて水と酸素から常温常圧で過酸化水素を高効率で製造する環境負荷のほとんどない粉末触媒および光電気化学システム開発を行ってきた。
その結果、グラファイト型窒化炭素（PCN）の骨格内に原子状でAu, Sb, Kを固定化する技術を世界で初めて確立し、酸素と水から量子収率９０%以上でH2O2とOHラジカルを生成する世界最高性能の光触媒の開発に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
我々が開発した原子状でAu, Sb, Kなどをグラファイト型窒化炭素骨格内に固定化した新規な光触媒(SAPC)は、再生可能エネルギーである太陽光を光源として光の利用率が９０％以上に達するH2O2及びOHラジカル生成能力を達成しました。開発したSAPCは、大量生産が可能な材料であることから社会実装も視野に入っている。
そのため触媒の応用範囲としては、１．現在のH2O2工業製造プロセスにとって変わる光触媒プロセスの可能性が非常に高いことから、社会的インパクトは非常に大きいと考えている。２．非常に高いOHラジカル生成能力を発揮する光触媒であることから、水処理などのシステム開発できると確信している。
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