| 研究課題/領域番号 |
19H02806
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
加藤 英樹 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (60385515)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 酸窒化物 / アニール / 共担持 / ボールミル処理 |
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| 研究実績の概要 |
酸窒化物光触媒の電子トラップ制御法として雰囲気制御アニールを検討した。ヘリウム雰囲気では800℃位で分解が進むものの，窒素雰囲気中では分解がある程度抑制されることが分かった。このことからアンモニア気流中での熱処理で合成した試料の窒素中でのポスト合成アニール処理を検討したが，活性の向上には至らなかった。この結果から元素追添による積極的な表面改質の重要性が示唆された。
昨年度に高活性化に成功したルテニウムと金を共担持したロジウムドープチタン酸ストロンチウムについて透過型電子顕微鏡による観察を行ったところ，担体であるロジウムドープチタン酸ストロンチウムの表面に加え，含浸法で担持した10nm程度の金粒子上にも約1nmのルテニウム粒子が乗っていることが確認された。昨年度のキャリアダイナミクス計測の結果も考慮すると，光励起により生成した電子は，金粒子に効率よく捕捉された後で反応活性サイトであるルテニウムへ移動し水素を生成することが結論された。
昨年度，バナジン酸ビスマスのボールミル処理を利用したトップダウン的微粒子化で高活性化可能であることを見出した。今年度は，その知見を活用してボールミル処理を利用したバナジン酸ビスマス微粒子の直接合成を検討した。その結果，直接合成した微粒子バナジン酸ビスマスではバルク欠陥が多いために活性が低くなることが分かった。このことから，ボールミル処理で微粒子化する場合でもクオリティーの高い試料の処理が有効であることが明らかとなった。
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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
酸窒化物光触媒の革新的な高活性化のためのポスト合成処理として窒素雰囲気アニールを検討する価値があることが分かった。この知見は今後，積極的な元素追添による高活性化を行う際に有用に活用できる。また，Zスキーム型光触媒系で水素生成を担うロジウムドープチタン酸ストロンチウムの活性が二種類の助触媒の共担持で約2倍となる効果のメカニズムが解明されたことで，同様の手法によりほかの光触媒への応用がやりやすくなった。ボールミル処理によりバナジン酸ビスマスが合成できたことで，当該手法により元素置換型のバナジン酸ビスマスへ合成ができる可能性が示唆された。この知見は元素置換によりトラップ制御を目指す上で有効に利用できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
窒素雰囲気下での熱処理と元素追添を組み合わせることで，従来にない酸窒化物の修飾が可能になる。今後はその知見を活かして，元素追添によるトラップ制御を行うことで酸窒化物の高活性化を図る。ロジウムドープチタン酸ストロンチウムの高活性化に成功した二種類の助触媒担持を酸窒化物光触媒に適用して高活性化を図る。
ボールミル処理合成法を活用して元素置換型バナジン酸ビスマスの合成に取り組むことで，バナジン酸ビスマスのトラップ制御による高活性化を図る。また，バナジン酸ビスマスでボールミル処理による微粒子化で高活性化が実現したことから，酸窒化物，ロジウムドープチタン酸ストロンチウムなどへのボールミル処理の適用を検討する。
これまでに引き続き，合成した試料を共同研究者である豊田工業大学・山方啓准教授に提供し，過渡吸収分光法を利用したキャリアダイナミクス計測により電子トラップについての情報を得る。得られた知見を合成条件などへフィードバックすることで更なる高活性化を行う。
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