表面プラズモン共鳴を利用するナノ構造制御した可視光応答型触媒の開発

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12F02075
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 山下 弘巳 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): QIAN Xufang 大阪大学, 大学院・工学研究科, 外国人特別研究員
• Keywords: 二酸化チタン / ハイドロキシアパタイト / 光触媒 / ナノ粒子 / 吸着 / 光エネルギー / 水素生成 / 分解

Research Abstract

新エネルギー開発が切望される中、クリーンで無尽蔵な太陽光エネルギーの有効利用を実現するために、「可視光応答型光触媒の開発」は期待すべき研究課題である。本研究では、「表面プラズモン共鳴を利用するナノ構造制御した可視光応答型光触媒の開発」を目的とし、新規ナノ構造材料の開発を通して太陽光・可視光の有効利用を目指す。目的とする反応は、選択酸化反応、水中での有機汚染物質分解反応、あるいは水からの水素生成反応である。また放射光XAFSなどの分光学的手法を駆使して、優れた触媒機能とナノレベルの構造との相関を明らかにする。特に、様々な反応ステージでのin-situ XAFS測定によって、反応ガスの吸着・配位により生成する反応中間体の微細構造をも高精度で決定する。種々の分光学的手法を駆使した触媒活性種近傍の微細構造に関する知見と触媒機能の関連性を解明することで、更なる高性能光触媒の設計指針にフィードバックする。
平成24年度は、主に研究対象とする光触媒の調製を行った。具体的には異なる組成(TiO2、ハイドロキシアパタイト)、の様々な多孔質材料を創成した。多孔質材料の調製法としては、液相法あるいは、様々な有機テンプレートを利用したevaporation-induced self-assembly(EISA)法を用いた。生成する細孔は、分子の配向と配列が制御された異方性を有するミクロ空間環境場であり、しかもイオン交換能を有することから、交換カチオン種を選択することで、細孔内の静電場や空間体積などの分子環境場を任意に制御できる。また、合成段階の構造規制剤の種類や、組成比を変えることで、細孔サイズや表面の酸・塩基性をコントロールした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

二酸化チタンとハイドロキシアパタイト、および多孔質シリカのナノ複合体の創成に成功し、光触媒能、吸着能を有するナノ触媒となることを見出した。

Strategy for Future Research Activity

24年度に合成した触媒の性能を可視光照射下での各種有機物分解反応に応用し評価する。さらにAgあるいはAuナノ粒子との複合化を試み、プラズモン増強電場を利用した更なる高活性触媒設計へと応用する。