| 研究領域 | 光合成分子機構の学理解明と時空間制御による革新的光ー物質変換系の創製 |
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| 研究課題/領域番号 |
20H05100
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
白石 康浩 大阪大学, 太陽エネルギー化学研究センター, 准教授 (70343259)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 光触媒 / 過酸化水素 / 人工光合成 / 樹脂 / 半導体 |
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| 研究実績の概要 |
太陽光エネルギーを化学エネルギーに変換する新技術として、水と酸素から、エネルギーキャリアとして有望視される過酸化水素を製造する新たな人工光合成反応（H2O + 1/2O2 → H2O2）に挑戦する。申請者はこれまで、汎用の合成高分子であるレゾルシノール－ホルムアルデヒド（RF）樹脂を、独自の“高温水熱法”により合成することにより、従来、絶縁体であるRF樹脂が半導体性能を発現することを見出している。本研究では、RF樹脂光触媒を高活性化し、H2O2の高効率製造に取り組む。RF樹脂への (1) フェノール誘導体の導入、ならびに (2) ポリチオフェンのドープにより導電性の向上を図るほか、(3) 微小炭素粒子の担持によるO2の二電子還元選択性の向上を図る。これらのRF樹脂光触媒の機能開拓と機能集積による高活性化を通して、メタルフリー粉末光触媒による人工光合成反応の実現に向けた礎を築く。
2020年度は、RF樹脂光触媒へのポリチオフェンのドーピングを行った。樹脂内にドープされたポリチオフェンは、電子ドナーとして樹脂の伝導帯と電荷移動錯体を形成することにより、樹脂のとびとびの伝導帯を繋ぎ、樹脂の導電性を向上させる効果を有することが分かった。導電性の向上にともなう電荷の高効率分離により、水の酸化と酸素の二電子還元が効率よく進行する。この際、ポリチオフェンのドープ量は活性に対して重要であり、高分散状態でポリチオフェンを樹脂にドープすることが高活性化のクリティカルな条件であることが分かった。本樹脂による過酸化水素生成の太陽エネルギー変換効率は1.0%であり、粉末系光触媒による人工光合成反応としては最大の効率で過酸化水素を製造できることが分かった。
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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
RF樹脂を基盤とする有機半導体設計により高効率に過酸化水素を生成できることを見出している。導電性を向上させる方法とその活性との関係に関する知見が蓄積されてきており、今後の研究課題を順調にクリアできる感触を得ている。それゆえ、区分②に該当すると判断できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究により、導電性の向上がRF樹脂光触媒の活性向上に有効であることを明らかにしている。今後も引き続き導電性の向上に関する検討を進め、可視光を光源とする過酸化水素合成光触媒の開発を進めていく。
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