2014 Fiscal Year Annual Research Report
可視光下で駆動する有機-無機複合デバイスの構築と高難度光還元反応
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25289289
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
森 浩亮 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90423087)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 光触媒 / 金属錯体 / 高難度還元反応 / 有機無機ハイブリッド / 水素 / 二酸化炭素 / 太陽エネルギー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、金属錯体を基盤とし、水からの水素生成や、二酸化炭素からのCO、ギ酸、メタノール合成などの高難度であるが実用性の高いエネルギー貯蓄型のアップヒル反応に高活性な有機－無機ハイブリッド光触媒の開発を目的とする。今年度は、可視光捕捉サイトとしてRu、Ir、Co錯体を、水素発生触媒としてPd、Pt、Rh、Fe錯体のインターカレーションを試み、光捕捉サイトから還元触媒サイトに効率良く電子移動が起こるよう、層間距離や酸性度、電気伝導性の異なる様々な酸性層状化合物に各種金属錯体を導入した触媒を合成した。用いた担体は、リン酸ジルコニウム（Zr(O3HPO)2・H2O）、K4Nb6O17、Potassium Lithium Titanates (KTLOs)などの層状化合物および、多孔質、カーボン系材料である。また、担持方法、錯体担持量によっても光触媒活性が大きく依存し、錯体同士の相互作用も非常に重要なファクターであることが予想される。そこで、これら諸因子を系統的に変化させ、電子状態、配位環境、光励起過程の精密制御を試みた。
触媒の性能を、可視光照射下での水からの水素生成、二酸化炭素の還元により評価し、犠牲剤、溶媒、触媒量、基質濃度といった基本的なパラメーターを変えるだけでなく、得られた結果を触媒の設計・開発にフィードバックし、それぞれの触媒が各反応に最適な性能を発揮できる触媒と反応条件の組み合わせを提案した。さらに、比表面積測定、XRD、SEMにより触媒のバルク構造を、XPS、IR、XANES/EXAFS等を用いて行い、触媒活性種近傍の微細構造と光触媒機能の関連を明確にした。さらに、フォトルミネッセンス、UV-vis測定により、光吸収特性を詳細に検討した。得られた結果は取りまとめ、学会、学術論文等で成果発表を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
太陽光の捕捉、高エネルギー電子の生成、相界面での不可逆的な電子移動、および高難度還元反応という一連の光化学反応を駆動するそれぞれの機能を最大限発揮できるように、金属錯体と層状化合物を複合化し、均一系の触媒に比べて飛躍的に触媒活性が向上することを見出した。さらに、各種分光学的手法を駆使したキャラクタリゼーションと触媒性能評価を通して、触媒活性種近傍の微細構造と光触媒機能の関連を明確にすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
Ag、あるいはAuナノ粒子を層状化合物に同時にインターカレートし、プラズモン増強電場の利用により光捕捉サイトの励起効率を向上させ、最終的に光触媒活性の増大を試みる。さらに、実用触媒への応用を視野にいれ、光源としてソーラーミュレーターでの反応や、再利用を含めた触媒寿命も検討する。また、放射光in situ XAFSを駆使した活性点の局所構造解析・反応素過程の解明も同時に行い、材料の探索・新規触媒設計に多面的なアプローチをする。
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| Causes of Carryover |
海外出張の予定変更や、購入予定の分析機器の変更
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
国際会議での研究成果発表、ならびに分析機器購入の再検討
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