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人工光合成の実現を目指し、高いCO_2還元光触媒活性を有する金属錯体と、強い酸化力を有する半導体光触媒を組み合わせたZスキーム型光触媒の開発を行った。前年度までに、ルテニウム二核錯体-銀担持酸窒化タンタル(RuRu-Ag/TaON)の複合体を構築することで、CO_2飽和メタノール中、可視光照射によりギ酸生成反応を進行させることに成功している。当該年度においては、この反応の詳細を調べ、触媒活性の向上を試みた。さらに、この光触媒系を多様化し、水中での光触媒活性についても検討した。
同位体標識実験により、RuRu-Ag/TaONによる光触媒反応の詳細を調べた。^<13>CO_2を用いたところ、生成したギ酸の炭素源は全てCO_2であることが明らかとなった。また、^<13>CH_3OHを用いたところ、H^<13>CHOの生成が確認された。これらのことから、本光触媒系はメタノールを電子源としたCO_2還元反応を駆動していることが確かめられた。さらに、銀の担持法や担持量を検討することで、ギ酸生成の触媒回転数を2倍以上にまで増大させることに成功した。
本研究で開発した金属錯体-半導体複合系光触媒の多様性を調べるために、金属錯体部としてルテニウム-レニウム二核錯体を、半導体部としてGaN:ZnOやLaTiO_2Nを用いた場合についても検討を行った。その結果、いずれの組み合わせでもCO_2還元生成物であるギ酸が確認された。
水の酸化とCO_2還元を同時に駆動する光触媒の開発を目指し、金属錯体、半導体、助触媒を変えて水中での光触媒活性を検討した。その結果、RuRu-IrO_2/TaONが最も高い活性を示し、そのギ酸生成の触媒回転数は10に達した。この光触媒系について、^<18>OH_2を用いた標識実験を行ったところ、微量であるが、水由来のO_2が検出された。
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