ナノ同軸ワイヤー構造のヘテロ界面理解に基づくカーボンナノチューブ光触媒の高活性化

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K05266
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分28030:ナノ材料科学関連
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 田嶋 智之 岡山大学, 環境生命科学学域, 講師 (90467275)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 単層カーボンナノチューブ / 光電変換 / ヘテロ接合 / 光触媒 / 光水素生成反応 / ホットエレクトロン

研究成果の概要

SWCNTsの高次エキシトンからの直接電子抽出が可能な電子抽出剤として電子抽出剤として、バンド構造をもつTiO2を用いることを考え、SWCNT/TiO2/Ptハイブリッド光触媒の開発を行った。犠牲ドナーとして1-ベンジル-1,4-ジヒドロニコチンアミドの存在下、単色光を用いたSWCNTのヘリシティー選択的な光励起による光水素生成反応について検討したところ、(8,3)SWCNTのE22光励起 (680 nm)におけるEQYは43%にまで達し、これまで難しかったSWCNT高次エキシトンからの直接電子抽出の分子設計の指針を見出すことができた。

自由記述の分野

有機光化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

s-SWCNTsの光吸収を利用した光電変換素子のうち、薄膜太陽電池は、性能が著しく向上し、新しい知見が報告されている。同軸ワイヤー状のヘテロ接合界面は、薄膜太陽電池でしばしば問題となる隣接するs-SWCNT間の励起子移動を考慮する必要がないことや、複数のヘリシティーが混在しても活性への影響が小さいなどの利点が多い。本研究成果はSWCNTを中心とした光触媒分野だけでなく、光デバイスの根本的な性能向上となり得るSWCNTの光物性に関する基礎科学的で重要な知見が得られたものと考えられ、今後、光触媒や太陽電池など様々な光機能デバイスの応用に関して多岐にわたる分野でのブレイクスルーが期待される。