| 研究領域 | 機能コアの材料科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
22H04511
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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 |
理工系
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| 研究機関 | 大阪公立大学 |
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研究代表者 |
吉田 朋子 大阪公立大学, 人工光合成研究センター, 教授 (90283415)
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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 |
5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
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: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 複合型in-situ分光分析 / CO２還元反応メカニズム / 光触媒 / 構造解析 / 金属ナノ粒子助触媒 / 人工光合成 / 二酸化炭素還元 / 銀助触媒 / 酸化ガリウム光触媒 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，二酸化炭素還元反応（人工光合成）を促進するAg助触媒担持Ga2O3（Ag/Ga2O3）光触媒を対象に，Ag助触媒とGa2O3界面に形成される結晶欠陥等の活性サイト（機能コア）の局所構造・電子状態，反応機構に及ぼす効果を解明する．また，この活性サイトを模倣しながらGa2O3表面に特異な結晶欠陥を導入することで，不安定なAg助触媒を担持しなくても二酸化炭素還元を促進する高効率且つ安定な新奇光触媒を構築する．これを実現するための，合理的な触媒設計，活性サイトの可視化，反応基質と活性サイトの動的反応プロセスを観察するための測定システムの構築も目指す．
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| 研究実績の概要 |
1)複合型in-situ分光測定システムの構築
これまで不明であった酸化ガリウム光触媒（Ga2O3）への銀助触媒担持効果について，自ら構築したin-situ FT-IR・光吸収・発光測定システムや，放射光施設との共同研究で確立したXAFS測定システムを組み合わせた複合型「その場」分析により詳細に調べていた．これにより，Ag-Ga複合酸化物が形成された場合には，CO2は不活性なmonodentate-carbonateとして吸着され反応中間体は生成しないが，銀ナノ粒子・クラスターが形成された場合には，Ga2O3に吸着したmonodentate bicarbonateやbidentate carbonateへの効率的な電子移動により反応中間体生成を促進し，反応効率が飛躍的に向上することを明らかにしている．
2)助触媒非担持酸化ガリウム光触媒の設計
Ga2O3の多形に注目し，異なる結晶構造（α, β, γ相など）を，α/β, β/γなど様々な組み合わせで接合する混相Ga2O3光触媒をGa2O3の前駆体である硝酸ガリウムを用いた独自手法により合成した．また比表面積や結晶構造の異なるAl2O3やMgAl2O4を担体として，混相Ga2O3を担持した光触媒を調製した．これらの助触媒非担持光触媒を用いて，水による二酸化炭素還元反応を高効率且つ安定に進行させると共に，上記複合型in-situ分光分析により反応メカニズムについても解明した．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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