| 研究課題/領域番号 |
19K05675
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| 研究機関 | 宮崎大学 |
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研究代表者 |
白上 努 宮崎大学, 工学部, 教授 (60235744)
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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 | 水の光酸化反応 / 人工光合成 / 典型元素ポルフィリン / 光触媒 |
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| 研究実績の概要 |
酸化チタン電極へのリンカー基として、従来はカルボシル基を用いたいたが、今年度の研究計画で提案していた、ボロン酸基の導入を試みた結果、リンカー基として側鎖を有するゲルマニウムポルフィリン錯体の合成に成功した。この錯体を用いて、過酸化水素の光生成反応を行った結果、塩基性条件下で、ファラデー効率が９０％程度まで向上することを明らかにした。また、同様にボロン酸基を持つリンポルフィリン錯体の合成にも成功し、さらに本錯体においても、可視光照射によって過酸化水素の生成が認められることを確認した。これまで、Ru, Sn, Geを中心元素とする水の光酸化活性は報告されているが、リンでの結果は、今回が初めてである。
また、半導体として、酸化チタン以外の半導体への展開を試み、酸化チタンより伝導帯準位が低い酸化タングステンを用いて同様の実験を行った。ゲルマニウムポルフィリン錯体を用いた結果、過酸化水素の生成が確認された。しかし錯体の吸着量が増加しないため、反応効率が向上しなかったが、酸化タングステンの表面に水酸基を増加させる表面処理を行った結果、錯体の吸着量および過酸化水素の生成量を増加させることに成功した。
以上のことから、典型元素を用いたポルフィリン錯体を光触媒とする水の過酸化水素への二電子酸化反応系の構築に関して、新たな典型元素として、リン原子を用いることが可能であること、また半導体としては酸化タングステンも使用できることがそれぞれ判明し、本反応系の構築に対して幅広い展開の可能性を拓くことができた。
さらに、水の酸化反応の反応場として、電子移動効率の向上や錯体の光分解の抑制が期待できる、平滑な半導体ナノシートの調製も試みた結果、ナノシーあるいはナノ層間を利用できる材料の開発に成功した。
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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
本年度の計画予定であった、酸化チタン電極へのリンカー基としてボロン酸を導入したゲルマニウムポルフィリン錯体の合成および反応性の評価を達成することができた。
また、次年度以降の予定であった、他の典型元素への展開について、ボロン酸基を持つリンポルフィリン錯体の合成が、速やかに成功し、水の過酸化水素への酸化触媒として機能することも発見できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度計画にある、反応効率の向上のため、光反応の駆動波長を広範囲にするための、反応系の構築に向けた研究を実施する。
新たにリンポルフィリン錯体においても、光触媒活性が認められたので、従来のゲルマニウムポルフィリン錯体と比較検討することで、水の酸化反応に対する反応機構の解明を行う。
反応場としての半導体ナノシートの調製、およびシート上に吸着させた典型元素ポルフィリン錯体の光化学的挙動を検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の見積計画と少し差が生じたため。
次年度の研究計画で行う消耗品の一部として使用する計画である。
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