| 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 |
|---|
| 研究課題/領域番号 |
17H06440
|
|---|
| 研究機関 | 東京理科大学 |
|---|
研究代表者 |
工藤 昭彦 東京理科大学, 理学部第一部応用化学科, 教授 (60221222)
|
|---|
| 研究分担者 |
石谷 治 東京工業大学, 理学院, 教授 (50272282)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2017-06-30 – 2022-03-31
|
| キーワード | 光触媒 / 二酸化炭素 / 人工光合成 / 金属酸化物 / 錯体 |
|---|
| 研究実績の概要 |
今年度は，金属酸化物および硫化物を水または二酸化炭素還元光触媒に用いた可視光応答性Zスキーム型粉末光触媒系の開発を主に行った．まず，長波長の光を利用することを目的として，600 nm以上の波長を吸収するCu1-xAgxGa1-yInyS2を二酸化炭素還元光触媒として用いたZスキーム型光触媒の構築を試みた．その結果，Ptを担持したCu0.8Ag0.2Ga0.6In0.4S2およびRGO-(CoOx/BiVO4)を組み合わせたZスキーム型光触媒が可視光水分解に活性を示すことを見いだした．次に，可視光に応答するNaTaO3:Ir,M (M = La, Sr)金属酸化物光触媒にAgを担持し，BiVO4酸素生成光触媒とCo錯体電子伝達剤を組み合わせたZスキーム型CO2還元を検討した結果，可視光照射下でH2，COおよびO2が量論比で生成した．このとき，還元生成物におけるCO選択性はおよそ50%と比較的高い値を示した．このように，金属酸化物光触媒を用いた可視光照射下で駆動する新規Zスキーム型CO2還元系の構築に成功した．
半導体との複合化を志向し新たに分子設計した光増感錯体の開発を行った．光増感錯体の半導体表面への吸着を強化するため，アンカーとなるホスホン酸基の数を2つから4つに増やし，また逆方向の電子移動を抑制するために，触媒部を半導体表面から遠くに配置できるように分子設計を行った．まず，この光触媒のモデルとして，ホスホン酸基を有しない光増感部と触媒部を連結した超分子光触媒を合成し，均一溶液中，犠牲還元剤存在下で光触媒CO2還元反応を駆動することを確認した．また，特異的に長波長側に吸収帯を有するルテニウム(II)錯体を得ることに成功した．この吸収は，本来は禁制遷移である一重項～三重項の直接励起であることが分かった．これは，錯体光触媒の吸収を長波長化させる新しい手法になり得る．
|
| 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
水を電子源とした二酸化炭素還元に活性を示すいくつかの可視光応答性Zスキーム型金属酸化物および硫化物光触媒の開発に成功した．このような系は，世界中においても報告されていない新規性の高い成果である．特に，金属酸化物光触媒を用いた系で二酸化炭素還元の選択率が50％に達したことは画期的な成果である．一方，半導体と複合化するに際して，従来均一系光触媒で用いられていた光増感錯体をそのまま適用するのではなく，最初から複合化に最適化した分子設計による光増感錯体を開発している．既に，新たに分子設計した超分子光触媒がCO2還元を駆動し，新たに開発したアンカー配位子と吸着法を用いることで，半導体表面上での安定性が大幅に改善されることがわかった．また一重項～三重項励起による吸収の長波長化を新たに見いだしたので，より有効に太陽光を吸収できる光増感錯体を開発することが可能になった．
|
| 今後の研究の推進方策 |
二酸化炭素還元光触媒やその助触媒に関して今まで得られた知見を元に，われわれが保有している水分解光触媒ライブラリーから適当なものを選択し，新たな光触媒を開発する．特に，一酸化炭素以外の多電子還元生成物を生成するための光触媒や助触媒の開発，および反応条件等の検討を行う．
一方，新たに分子設計した，４つのホスホン酸置換基を有する超分子錯体光触媒を合成し，半導体との複合化を試みる．そのCO2還元光触媒特性を詳細に検討し，想定した分子設計が適切であるかを確認する．また，一重項～三重項励起による長波長側の吸収については，この吸収帯を発現させるための分子設計・理論を明らかにすることを目標とする．また，工藤と石谷の共同研究によるハイブリッド光触媒の構築を加速する．
|
