| 研究課題/領域番号 |
22K19039
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分34:無機・錯体化学、分析化学およびその関連分野
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
小林 厚志 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (50437753)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 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 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2022年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
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| キーワード | 光触媒 / 色素増感 / 水素生成 / 疎水性相互作用 / 脂質二分子膜 / 水分解 / インク / 光電極 / 水分解反応 / ボトムアップ構築 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では可視光触媒ナノ粒子の表面改質と導電性高分子コロイドを組み合わせて「伝導性光触媒インク」を創出し、温和かつ簡便な成膜過程により軽くて柔軟な光電極の構築を目指します。多孔質電極という制限された場で、光吸収・電荷分離・触媒活性という光触媒に必須な３機能を組み上げる従来のShip-in-a-bottle法から脱却し、３機能を併せ持つ材料と電極を構成する材料を組み合わせて広大な光反応場を作り上げるbottom-up法へと大きく転換することで、重くて硬い水分解光電気化学セルのイメージを刷新し、ニーズに合わせてセルの形状や大きさを自在に変えられる新世代デバイスの創出に挑戦します。
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| 研究成果の概要 |
温和かつ簡便な成膜過程により軽くて柔軟な光電極構築を可能にするべく、本研究では可視光触媒ナノ粒子の表面改質による光触媒インクの創出を目的とした。疎水性色素を用いた光触媒ナノ粒子を新たに合成し、リン脂質二分子膜状へ分散させることで、高活性な水素生成光触媒として機能しうることを実証した。さらなる高活性化戦略として、色素の複層化と可視光透過性伝達剤を組み合わせた「光レドックスカスケード触媒」の構築にも成功し、酸化還元可逆なCo錯体伝達剤を用いた条件でも量子収率2.2％で水素生成可能なことも明らかとなった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
疎水性光触媒ナノ粒子と脂質二分子膜を組み合わせることで、光触媒反応に好適な反応場を作り出す戦略は、本研究が新しく実証したものであり、光触媒の多用途化・大規模化における基盤的知見になり得る。同時に実証した色素と伝達剤を組み合わせた光レドックスカスケード触媒系は、光触媒活性を抜本的に向上させ得る新しい分子戦略として位置付けでき、次世代水素社会の実現に実質的に貢献できる戦略になり得ると期待できる。
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