| 研究課題/領域番号 |
19H02511
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
前田 和彦 東京工業大学, 理学院, 准教授 (40549234)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 人工光合成 / ナノ粒子 / ナノシート / 光触媒 / 光増感剤 |
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| 研究実績の概要 |
2019年度の研究実施により、水の酸化系と連結可能な堅牢な光増感剤にはなり得ないと考えていたRu錯体が、Pt担持ニオブ酸ナノシート（Pt/HCa2Nb3O10）と組み合わせることで予想に反して高性能を示すことを発見した。このRu錯体/Pt/HCa2Nb3O10複合体を水素生成光触媒として、酸素生成光触媒とヨウ素レドックスの共存下、水の可視光完全分解を達成した。特に、Ru錯体を吸着する前にPt/HCa2Nb3O10をアモルファスのAl2O3で修飾すると、光触媒活性が大きく向上することを見出したが、その理由については十分解明できていなかった。
2020年度の研究では、Pt/HCa2Nb3O10、Ru錯体光増感剤、およびアモルファスAl2O3をビルディングブロックとした色素増感型光触媒による水素生成反応について調べた。Ru錯体については、Pt/HCa2Nb3O10との吸着部位としてホスフォン酸基を有するもの（RuP）とメチルホスフォン酸基を有するもの（RuCP）の2種類を検討した。水素生成反応の電子供与体としてヨウ化物イオンを用いると、RuPで増感したPt/HCa2Nb3O10ナノシートからの水素生成速度は、あらかじめPt/HCa2Nb3O10をAl2O3で修飾することで増加した。一方、RuCPを用いた場合、Al2O3は水素生成速度に負の影響を与えた。
これらの複合体において起こる電子移動反応を、過渡拡散反射分光法および定常発光分光法で詳しく調べた。一連の実験結果から、色素増感による水素生成を向上させるためには、Pt/HCa2Nb3O10から一電子酸化されたRu錯体への数μsの時間スケールで起こる速い逆電子移動を抑制し、電子注入効率を最大化することが必要であると結論した。この成果はACS Catalysis誌に発表した。
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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
本研究を含め、類似の既往研究でも十分明らかにされていなかった色素増感型水素生成光触媒のキャリアダイナミクスを系統的に明らかにできたことから、概ね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究により、一電子酸化状態のRu錯体への逆電子移動反応の抑制が色素増感型水素生成光触媒の高活性化に繋がるという指針が得られた。この点を鑑み、次年度はHCa2Nb3O10からPtへの電子移動過程を促進することによって一電子酸化状態のRu錯体への逆電子移動抑制を試み、より高活性な光触媒系の構築を行う。
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