| 研究領域 | 光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05082
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
複合領域
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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) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 人工光合成 / 光触媒 / 水分解 / 色素増感 / 自己組織化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
太陽光と水、二酸化炭素から有益な化学物質を創り出す「人工光合成」は、エネルギー問題解決に資する有望な反応だが、エネルギー変換効率の向上が必須である。
本研究では太陽光の吸収により生じる励起子を効率よく電子と正孔に分割して水の酸化還元触媒へ導く新しい手法として「階層型光増感色素多層膜」を半導体電極表面へ構築する。多数の色素と半導体電極の融合を推進し、実用化につながる太陽光水分解デバイス創出を目指す。
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| 研究実績の概要 |
【高活性光増感色素多層膜の開発】Ru色素多層膜の内部および表面構造を分子レベルで制御しつつ、Pt担持二酸化チタンまたは層状ニオブ酸ナノ粒子表面へ担持させることで、酸化還元可逆な電子伝達剤との反応性を向上させながら、高活性な水素生成光触媒の創出に成功した。470nmの青色光照射下における見かけの量子収率は1％を超え、色素増感光触媒として非常に高活性であることも確認でき、色素多層膜を用いた本手法が従来の単純な色素増感機構を刷新しうる有望性を持つことが明らかとなった。
【水素生成光カソードの開発】多孔質酸化ニッケル電極に対して、Ru色素複層膜を形成後に有機ポリマー触媒を蒸着することで、水素生成光カソードを創出した。このポリマー触媒と色素複層膜からなる新規光カソードは可視光照射下で水素を生成することが確認され、その効率向上には色素多層膜-ポリマー触媒間のエネルギー・電子移動過程の制御が重要であることがわかった。さらに、Ru色素がNiO電極表面から脱離することをポリマー触媒蒸着により効果的に抑制可能なこともわかり、本手法が水素生成光カソードの活性・耐久性向上に資する有望なものであることが実証できた。
【酸素生成光アノードの開発】多孔質二酸化チタン電極に対し、Ru色素と正孔輸送剤となるプルシアンホワイト類縁体やカルバゾール重合体を修飾し、酸素生成触媒となるプルシアンブルー類縁体やRu錯体触媒を結合させたヘテロ接合型光アノードを新たに創出した。これらの光電極は十分な正電位印加下で酸素生成活性を有することが明らかとなり、正孔輸送剤を導入した電極では光照射下における光電流がさらに増強される特性を有することがわかった。これらの結果は酸素生成光アノード構築において、色素-触媒界面に正孔輸送剤を導入することが、活性向上に有望であることを強く示唆するものと考えられる。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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