| 研究課題/領域番号 |
23K23135
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01867 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分27030:触媒プロセスおよび資源化学プロセス関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
白石 康浩 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (70343259)
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| 研究分担者 |
平井 隆之 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (80208800)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)
2024年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2023年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2022年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円)
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| キーワード | 光触媒 / 過酸化水素 / 人工光合成 / 樹脂 / 半導体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換する新技術として、水の酸化とO2の二電子還元により、エネルギーキャリアとして有望視される過酸化水素（H2O2）を製造する人工光合成反応に挑戦する。申請者の開発したレゾルシノール－ホルムアルデヒド（RF）光触媒樹脂の改良により、H2O2の高効率製造に取り組む。(1) 生成したH2O2の分解を抑制する機能の付与、(2) 樹脂粒子の微小化による高比表面積粒子への改良、(3) 酸化助触媒の導入による水の酸化活性の向上、 (4) 還元助触媒の導入によるO2の二電子還元選択性の向上、を非金属を用いて達成する新技術を開発する。
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| 研究実績の概要 |
レゾルシノール－ホルムアルデヒド（RF)光触媒樹脂の改良により、水とO2からの高効率H2O2製造に取り組む。非金属を用いる溶液プロセシングにより、(1) H2O2分解抑制機能の付与、(2) 樹脂の微粒子化（高比表面積化）、(3) 酸化助触媒の導入による水の酸化活性の向上、ならびに (4) 還元助触媒の導入によるO2の二電子還元選択性の向上、を柱とした触媒改良を進める。これらのRF光触媒樹脂への機能集積を通して、H2O2を安定的に、かつ高効率で合成するメタルフリー粉末光触媒の設計指針を導き出す。
2022年度は、Nafion分散液存在下で高温水熱合成したRF光触媒樹脂が、微粒子化するとともに、H2O2分解抑制機能を発現することを見出した。種々の反応実験・分析により、RF樹脂の微粒子化はNafionの疎水性テフロン骨格が粒子成長を抑制することにより起こることを明らかにした。この際、Nafionを取り込んだ樹脂が生成するため、樹脂表面が疎水化することにより、H2O2の接近が抑制され、逆反応が抑制されることが分かった。光触媒活性はNafionの複合量に依存する。過剰量の複合化はより小さなRF粒子を生成させるため表面積の増大が可能であるものの、RF半導体のバンド構造を散逸させるため導電性を低下させてしまう。そのため、適切な量のNafionの複合化が重要であることを明らかにした。本方法により合成したNafion複合RF樹脂を用いると、15 mM以上のH2O2溶液を製造することが可能であり、これまでに報告された光触媒を大幅に上回る活性を示すことを明らかにした。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
合成したNafion複合RF半導体樹脂が極めて高い光触媒活性を示すことを見出した。さらに、高活性発現の要因を種々の分光分析によりほぼすべて明らかにした。研究内容は投稿論文としてほぼまとまっている。当初の予定通りに研究を進めることができており、それゆえ区分（２）に該当すると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
Nafion複合RF光触媒樹脂の成果を速やかに投稿論文としてまとめる。さらに、窒化ホウ素をはじめとする酸化助触媒を樹脂と複合化し、水の酸化活性を向上させることによりさらにH2O2生成活性を増加させる触媒設計に取り組む。
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