| 研究課題/領域番号 |
22K14714
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分34030:グリーンサステイナブルケミストリーおよび環境化学関連
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| 研究機関 | 三重大学 |
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研究代表者 |
立石 一希 三重大学, 国際環境教育研究センター, 助教 (20828785)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 光触媒 / 共有結合有機構造体 / 窒化炭素 / 水素生成 / 共有結合性有機構造体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
光触媒による水素生成は太陽光をエネルギー源として水を分解することによって、温室効果ガスを排出せずに水素エネルギーを生成することが出来るため、太陽光下で高効率の活性がある光触媒の開発が必要とされている。しかし、光触媒活性が足りない。本研究では、有機光触媒であるグラファイト状窒化炭素のトリアジン環平面内に、酸素をドーピングしたものと共有結合構造体とで、分子平面内での接合を形成することにより、光吸収能力を改良しつつ、電荷分離効率を改善させた、新たな実用レベルの光触媒系の構築を目的とする。このような活性向上方法が確立できれば、有機光触媒開発のための基盤データになりえる。
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| 研究成果の概要 |
共有結合性有機構造体と、ドーピング法により他元素を導入した窒化炭素によるヘテロ接合を構成した光触媒を合成することに成功した。得られたヘテロ接合光触媒はSEM、TEM、XRD、DRS、XPS、PL、EIS、FT-IRにより多角的に特性を評価された。このヘテロ接合光触媒の光触媒活性を評価したところ、共有結合有機構造体や窒化炭素の単体、共有結合有機構造体と窒化炭素の物理混合物、ドーピング法を行っていない窒化炭素を用いたヘテロ接合光触媒よりも高い性能を有していた。特性評価と光触媒活性評価の結果より、光触媒性能向上効果は光生成電子正孔対の分離能の向上と電気抵抗の低下に起因することを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、窒化炭素に他元素をドープする面内修飾と共有結合有機構造体とのヘテロ接合を形成することにより光触媒的水素生成速度を向上させることに成功した。このことは、接合界面でのみ効率向上が見込めるヘテロ接合の構築に加えて、窒化炭素のトリアジン環平面内に、直接異種構造を導入することで相乗的に電子－正孔分離を改善する効果的な方法であることを証明している。ヘテロ接合形成や分子内ドープのみでは成し得なかった新規光触媒の設計指針を方向付けることに成功した。これらのことは当該分野において、波及効果が大きく、ひいては水素化社会構築の重要な技術の一つであるという社会的意義を持つ。
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