| 研究課題/領域番号 |
22KJ0733
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| 配分区分 | 基金 |
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
長川 遥輝 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| キーワード | 光触媒 / 水素製造 / ナノ粒子 / ナノ加工 |
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| 研究実績の概要 |
2年目の研究では、初年度に開発した電子トラップ法を、代表的な可視光応答性光触媒である硫化カドミウム(CdS)に適用した。CdSの硫化物イオン欠陥では、Cd金属として電子がトラップされる。その後、貴金属イオンを添加すると、Cd金属との間でガルバニック置換が進行し、貴金属のナノ粒子が析出する。特に、水素生成反応に有効な助触媒である白金(Pt)ナノ粒子を析出させると、高活性で光触媒反応による水素生成が進行した。
また、従来法である光析出法と本研究が見出した電子トラップ法では、Ptナノ粒子の析出における、結晶面選択性が異なることが明らかになった。光析出法では、表面エネルギーの高いCdS(101)面で析出する傾向が示された一方で、電子トラップ法では、粒子全体で析出した。さらに、乳酸犠牲試薬存在下における水素生成反応後のPt-CdSの形態観察を行うと、自己酸化による光腐食反応が進行していることがわかった。この反応は、励起した電子が消費された条件で進行するため、電子アクセプターとして働くPt助触媒が担持されている結晶面で顕著であった。
本研究で開発した光加工プロセスを発展させることで、より高度なナノスケールでの加工が可能になり、高活性化が期待される。現在では、セルロース系バイオマスの光改質反応において、従来よりも高い活性で進行することを明らかにしている。
また、初年度に開発した高結晶性の光触媒合成について、2年目には、金属有機構造体(MOF)を用いた新たな合成法を確立し、プロセスの多様化に成功している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
2年目では、初年度に開発した光触媒材料に対する、金属ナノ粒子の担持を達成した。特に、種々の助触媒金属の中でもPtナノ粒子が水素生成に高い活性を持つことを明らかにできた。さらに、結晶面選択的な光加工プロセスを新たに開発し、ナノスケールでの光触媒制御手法に多様性をもたらすことができた。以上より、計画以上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 |
今後は、開発した光加工プロセスをベースに、高い活性を持つ光触媒の構造を設計し合成する。さらに、それらの加工状態や、その反応条件に着目し、光加工プロセスのメカニズム解明を目指す。最終的には、可燃性廃棄物の光改質反応に適用し、実用的な光触媒反応への道筋を示す。
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