| 研究課題/領域番号 |
15H04187
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
寺村 謙太郎 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80401131)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | CO2の光還元 / H2O / Ag / Ga2O3 |
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| 研究実績の概要 |
我々はこれまでに活性点金属としてAgを担持し，さらにZnGa2O4を修飾したGa2O3触媒（以下，Ag/ZnGa2O4/Ga2O3と記載する）がH2Oを電子源としたCO2の光還元に非常に高い活性を示すことを見出した．H2Oを電子源としたCO2の光還元において最も重要な点は，(1)同位体実験によるCO2からの還元生成物の確認，(2)水の光還元由来の副生成物として得られるH2生成の抑制，(3)量論的なO2の生成である．Ag/ZnGa2O4/Ga2O3を用いた場合には13CO2から13COが生成し，COへの選択性が96%であり，量論的なO2の生成が確認された．また，XRDおよびXAFSによる解析から，表面上のZn種はZnGa2O4であることを明らかにしている．2015年度においては，「H2生成の阻害剤」，「活性点金属」の2つの相互作用を明らかにするため，「H2生成の阻害剤」および「活性点金属」の最適化を行った．「H2生成の阻害剤」としては3.0mol%のZnGa2O4を修飾し，1223Kで6h焼成したときに最も高いCO2の転化率およびCOへの選択率を示した．また，「活性点金属」はAgを1.0wt%，光電析法を用いて担持したときに最も高いCO2の転化率およびCOへの選択率を示した．また，反応条件の最適化を行うため，反応溶液の温度，基質であるCO2ガスの分圧，反応溶液への添加物の種類などを変化させて，反応溶液のpHが光触媒活性に及ぼす影響を検討した．その結果，高いCO2の転化率およびCOへの選択率を得るには，反応溶液中に溶存するCO2分子の濃度を高く保つことが重要であることを見いだした．
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| 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
申請時においては，初年度はAg/ZnGa2O4/Ga2O3上でのH2Oを電子源としたCO2の光還元を俯瞰的に見るとしていた．すなわち，合成条件を変えた触媒をいくつか作製し，CO2の転化率や各還元生成物への選択率の傾向を掴むことを最優先して行う予定をしていた．検討項目としては，(1)2-1.ZnGa2O4の合成条件の最適化，(2)Agのサイズ・形状・添加方法の最適化，(3)様々な種類の活性化金属の探索を挙げていた．(1)に関しては，2015年度にほぼ終了することができた．一方，(2)に関しては検討を行ったが，現在の我々のテクニックではAgナノ粒子の精密な粒径制御ができなかったため，今後も検討する必要がある．(3)に関しては探索したが予想とは異なった結果となった．そこで，次年度は電気化学還元に特化して検討を行う予定である．さらに，次年度の準備として，装置の立ち上げ，整備などを最適化と同時並行で行うとしていた．こちらに関しても，すでに赤外分光計の立ち上げなどを行って終了しており，2016年度の検討事項を問題なく進捗できると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
2016年度は当初予定通りPhase 2：分光学的手法を用いた触媒表面とCO2との相互作用の解明（2-1. 赤外吸収分光法を用いたCO2の吸着状態の解明，2-2. 昇温脱離法を用いた光触媒表面の塩基点の強度・量の同定）着手する予定である．すでに赤外吸収スペクトルおよび昇温脱離スペクトルの測定については準備が完了している．ガラス製の閉鎖循環型反応装置に赤外吸収スペクトルを測定するための窓剤を備えた反応セルを取り付け，各種ガス雰囲気下および光照射下での測定を行う．これまでの経験から，CO2を導入するとmonodentateやbidentate carbonate種などの吸着CO2種が観察され，それらが光照射下でformate種などの中間体に変化する様子を追跡することができると考えている．また，検討予定のPhase 3：「H2生成の阻害剤」および「活性点金属」の構造解析（3-1.電子顕微鏡によるAgナノ粒子の構造解析，3-2. X線によるZnGa2O4及びAgナノ粒子の構造解析)においては，現在までの進捗状況でも述べたように，現在のところAgナノ粒子の精密粒径制御に至っていない．そこで，2016年度は精密粒子制御の検討を行いつつ，得られたサンプルの構造解析の一部として電子顕微鏡およびX線による構造解析を行う予定である．
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