| 研究領域 | 人工光合成による太陽光エネルギーの物質変換：実用化に向けての異分野融合 |
|---|
| 研究課題/領域番号 |
24107004
|
|---|
| 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, 教授 (60221222)
|
|---|
| 研究分担者 |
井上 和仁 神奈川大学, 理学部, 教授 (20221088)
酒井 健 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (30235105)
加藤 英樹 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (60385515)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2012-06-28 – 2017-03-31
|
| キーワード | 光触媒 / 水素生成 / 金属酸化物 / 金属硫化物 / 複合酸窒化物 / 分子触媒 / シアノバクテリア / 光生物学的水素生産 |
|---|
| 研究概要 |
固体光触媒系では，層状酸化物光触媒の可視光応答化として，溶融塩処理による価電子帯制御型光触媒に有効なイオンの導入を試みた。その結果，種々のワイドバンドギャップ層状酸化物光触媒に対して，可視光応答性の発現が確認された。そして，水素や酸素生成に活性な新たな光触媒を開発できた（工藤）。また，Ta系の複合酸窒化物合成を検討した結果，正方晶タングステンブロンズ型構造を有する酸窒化物の合成に成功した。これまでタングステンブロンズ型の酸窒化物は報告されておらず，本研究において初めて合成に成功した点は意義深い。そして，このタングステンブロンズ型酸窒化物が，水素生成に対して活性な可視光応答性の新規光触媒であることを突き止めた（加藤）。さらに，金属硫化物光触媒の合成法に関する共同研究を進めた（工藤，加藤）。
錯体光触媒系では，水の分解を駆動する分子触媒を修飾した透明電極を用いた水の可視光分解反応系の構築に取り組んだ。光カソードには光増感作用と水素生成触媒作用を併せ持つ白金クロロターピリジン錯体を，光アノードには光増感剤並びに酸素発生触媒を酸化チタン電極に修飾することで作成した。それぞれの電極についてアンペロメトリー測定を行ったところ，その効率は高くないものの，修飾電極でのみ可視光照射時にのみ光電流の増大が確認された（酒井）。
生物学的アプローチとして，水素バリアー性プラスチック素材を用いて密閉バッグを作製し，内部にシアノバクテリアNostoc sp. PCC 7422 ΔHupL株や紅色細菌Rubrivivax gelatinosus 株を入れて培養し，水素蓄積量を調べた（井上）。ガラス製密閉容器と比較してプラスチックバッグが数十%程度蓄積する水素が増加した。計画班内での共同研究により，水素バリアー性のプラスチックバッグを用いたバイオリアクターの利点を実証することができた（酒井，井上）。
|
| 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
固体光触媒系では，固体化学の観点から光触媒として機能する金属酸化物，金属硫化物，および新規酸窒化物の設計・合成に成功したことは，本研究を遂行するにあたり重要な知見であり，今後，さらに高機能な光触媒の合成が期待される。錯体光触媒系では，当初設定した研究の目的の達成に着実に近づいているため，おおむね順調に進展しているといえる。生物学的アプローチでは，当該年度の目標であった水素バリアー性のプラスチックバッグがバイオリアクターの素材として利用可能であることを示すことができた。
|
| 今後の研究の推進方策 |
固体光触媒系では，新たな光触媒材料を開発していくと同時に，可視光水分解に活性な光触媒を開発していく（工藤）。また，Ta系光触媒は，高い還元力を有するため魅力的な材料群であるがバンドギャップが大きいという短所が潜在している。今後，よりバンドギャップの小さい光触媒の開発を目指して，TiやNb系の光触媒開発を行っていく（加藤）。
錯体光触媒系では，当初の研究計画の通り分子触媒を用いた均一系での水の完全分解を中心に取り組んでいく（酒井）。
生物学的アプローチとして，太陽光模擬照射装置を用いて，野外条件に近い環境下での光-水素生産性を実証する。ヘテロシスト量の改変株を作製する（井上）。
昨年度スタートした班員間の共同研究を継続する。
|
