可視光駆動型二酸化マンガン光触媒を用いた人工光合成反応の最適化

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21560800
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 触媒・資源化学プロセス
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 古屋仲 秀樹 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, 准教授 (40248620)
• 研究分担者: 辻本 将彦 京都大学, 物質-細胞統合システム拠点, WPI研究員 (40437265)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 触媒・化学プロセス / 合成化学 / 地球温暖化ガス排出削減

研究概要

二酸化マンガン触媒による水分解反応を実証した。従来の光触媒は水を水素と酸素に分解するが、二酸化マンガン触媒は植物同様に水をプロトン、電子、および酸素に分解することを明らかにした。
二酸化マンガンの結晶構造をラムズデライト型に高純度合成することで、室温下でプロトン導伝性が得られる事を明らかにした。この性質を利用して新規な高濃度対応型の水素濃度センサを実現した。
ラムズデライト型の結晶構造を有する二酸化マンガンを大量合成する方法を開発した。
ラムズデライト型の結晶構造を有する二酸化マンガンが水中で示す弱い還元能によって二酸化炭素を有機酸に変換することを発見した。

研究成果

• [雑誌論文] Proton conduction in electrolyte made of manganese dioxide for hydrogen gas sensor (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Koyanaka, Y. Ueda, K. Takeuchi, and A. I. Kolesnikov
  • 雑誌名: The 14^<th> International Meeting on Chemical Sensors Proceedings ページ: 497-499
  • DOI: doi:10.5162/IMCS2012/5.5.3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical property of proton-conductive manganese dioxide forsensoring hydrogen gas concentration (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueda, Y. Tokuda, T. Yoko, K. Takeuchi, A. I. Kolesnikov, and H. Koyanaka
  • 雑誌名: Solid State Ionics
  • DOI: doi:10.1016/j.ssi.2012.04.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Organic-inorganic hybridtitanophosphite proton conductive membranes with graded monomer conversion (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Tokuda, S. Nishioka, Y. Ueda, H. Koyanaka, H. Masai, M. Takahashi, and T. Yoko
  • 雑誌名: Solid State Ionics 巻: 206 ページ: 22-27
  • DOI: doi:10.1016/j.ssi.2011.10.028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sensoring hydrogen gas concentration using electrolyte made of proton conductive manganese dioxide (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueda, A. I. Kolesnikov, and H. Koyanaka
  • 雑誌名: Sensors & Actuators : B. 巻: 155 ページ: 893-896
  • DOI: doi:10.1016/j.snb.2010.12.044
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct-DME SOFC for Intermediate Operation Temperature Using Proton Conductor as the Electrolyte (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Takeuchi, R. Tai, K. Ui, K. Fujimoto, S. Ito, H. Koyanaka and N. Koura
  • 雑誌名: ECS Transactions 巻: Vol.35 ページ: 2755-2759
  • DOI: doi:10.1149/1.3570274
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical property of manganese dioxide electrolyte for sensoring hydrogen gas concentration (2011)
  • 著者名/発表者名: 上田義勝・古屋仲秀樹・徳田陽明・竹内謙
  • 雑誌名: Chemical Sensors 巻: Vol.27 ページ: 121-123
  • URL: http://chemsens.electrochem.jp/journal/2011/2011a-abt.htm#40
• [雑誌論文] Local crystal structure of nano-manganese-oxide gold adsorbent (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Iikubo, H. Koyanaka, S. Shamoto, K. Takeuchi, S. Kohara, K. Kodama, C-K. Loong
  • 雑誌名: J. Physics and Chemistry of Solids 巻: Vol.71 ページ: 1603-1608
  • DOI: doi:10.1016/j.jpcs.2010.08.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical property of hydrogen gas sensor using a manganese dioxide electrolyte (2010)
  • 著者名/発表者名: 上田義勝・辻本将彦・古屋仲秀樹・竹内謙・徳田陽明
  • 雑誌名: Chemical Sensors 巻: Vol.26 ページ: 31-33
  • URL: http://chemsens.electrochem.jp/journal/2010/2010a-abt.htm#10
• [雑誌論文] 二酸化マンガンナノ粒子を用いた水素ガスセンサ (2010)
  • 著者名/発表者名: 古屋仲秀樹・上田義勝
  • 雑誌名: 燃料電池 巻: Vol.10, No.1 ページ: 90-94
  • URL: http://www.fcdic.com/ja/kikanshi/VOL10-1.pdf
• [雑誌論文] Hydrogen gas sensor usingnano-sizend R-MnO_2 power (2009)
  • 著者名/発表者名: 上田義勝・辻本将彦・竹内謙・古屋仲秀樹・高野幹夫
  • 雑誌名: Chemical Sensors 巻: Vol.25 ページ: 7-90
  • URL: http://chemsens.electrochem.jp/journal/2009/2009a-abt.htm#3
• [学会発表] Electrochemical property of proton-conductive manganese dioxide forsensoring hydrogen gas concentration (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueda, Y. Tokuda, H. Koyanaka
  • 学会等名: International Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: Warsaw, Poland
  • 年月日: 20110703-08
• [学会発表] Preparation of proton-conductive organic-inorganic hybrid titanophosphite membranes (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Tokuda, S. Nishioka, H. Masai, Y. Ueda, M. Takahashi, H. Koyanaka, T. Yoko
  • 学会等名: International Conference on Solid State Ionics
  • 発表場所: Warsaw, Poland
  • 年月日: 20110703-08
• [学会発表] Direct-DME SOFC for Intermediate Operation Temperature Using Proton Conductor as the Electrolyte (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Takeuchi, R. Tai, K. Ui, K. Fujimoto, S. Ito, H. Koyanaka, and N. Koura
  • 学会等名: 219^<th> ECS Meeting
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 年月日: 20110501-06
• [学会発表] パラジウムのナノ粒子を化学析出させた酸化マンガン触媒を用いたメタンガスの水素ガスへの直接変換 (2011)
  • 著者名/発表者名: 古屋仲秀樹・辻本将彦・高野幹夫・草野圭弘・竹内謙
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会,平成23年度春季大会,第107回講演大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2011-06-01
• [学会発表] 水素濃度計測用MnO_2電解質の電気化学的特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: 上田義勝・古屋仲秀樹・徳田陽明・竹内謙
  • 学会等名: 電気化学会,第78回大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
  • 年月日: 2011-03-31
• [学会発表] 二酸化マンガン電解質を用いた水素ガスセンサ (2010)
  • 著者名/発表者名: 古屋仲秀樹・高野幹夫・上田義勝
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会,平成22年度秋季大会,第106回講演大会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2010-11-11
• [学会発表] Solid Oxide Fuel Cell for Direct Utilization of DME at Intermediate Temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Takeuchi, R. Tai, K. Ui, K. Fujimoto, S. Ito, H. Koyanaka, N. Koura
  • 学会等名: Asian SOFC Symposium
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2010-09-06
• [学会発表] 二酸化マンガン・ナノ粒子表面における水分子起源のプロトンおよび電子のチャー (2010)
  • 著者名/発表者名: 古屋仲秀樹・辻本将彦・竹内謙・A. I. Kolesnikov
  • 学会等名: 電気化学会,第77回大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2010-03-30
• [学会発表] 二酸化マンガンナノ粒子を用いた水素ガスセンサの電気化学特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 上田義勝・辻本将彦・古屋仲秀樹・竹内謙・徳田陽明
  • 学会等名: 電気化学会,第77回大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2010-03-29
• [学会発表] 急速加熱法による木粉からの成型炭素材料の合成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 古屋仲秀樹・黒崎文雄・辻本将彦・高野幹夫
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会,第103回講演大会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
  • 年月日: 2009-06-02
• [学会発表] 二酸化マンガンナノ粒子の光触媒性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 辻本将彦・古屋仲秀樹
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会,第103回講演大会
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学
  • 年月日: 2009-06-02
• [学会発表] Hydrogen gas sensor using manganese dioxide electrolyte (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Koyanaka, Y. Ueda, A. I. Kolesnikov
  • 学会等名: 4th iCeMS International Symposium
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2009-05-29
• [備考] 京都大学産官学連携本部ホームページでの成果紹介
  • URL: http://www.saci.kyoto-u.ac.jp/en/?p=2193
• [備考]
  • URL: http://www.saci.kyoto-u.ac.jp/en/?p=2062
• [備考]
  • URL: http://www.saci.kyoto-u.ac.jp/en/?p=1704
• [産業財産権] 二酸化炭素の変換方法および二酸化炭素変換用触媒 (2011)
  • 発明者名: 古屋仲秀樹
  • 権利者名: 国立大学法人京都大学
  • 産業財産権番号: 特許、出願2011-227481
  • 出願年月日: 2011-10-14
• [産業財産権] メタンガスを水素に改質する触媒とその合成方法、および同触媒を用いたメタンガスの改質方法 (2011)
  • 発明者名: 古屋仲秀樹・辻本将彦
  • 権利者名: 国立大学法人京都大学
  • 産業財産権番号: 特許、出願PCT/JP2011/064573
  • 出願年月日: 2011-06-24
• [産業財産権] ラムズデライト型結晶構造を有したナノメートルサイズの二酸化マンガンを合成する方法、二酸化マンガンを用いて水酸化物イオン起源のプロトン、電子、および酸素を生成する方法 (2011)
  • 発明者名: 古屋仲秀樹・辻本将彦
  • 権利者名: 国立大学法人京都大学
  • 産業財産権番号: 特許、出願PCT/JP2011/05747
  • 出願年月日: 2011-03-25