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ホーム > 研究組織 > 金属酸化物クラスター表面修飾酸化チタン系可視光応答型光触媒 (研究者 : 多田 弘明)

研究テーマ1金属酸化物クラスター表面修飾酸化チタン系可視光応答型光触媒

研究者 : 多田 弘明

所属 : 総合理工学研究科物質系工学専攻
職位 : 教授

 本テーマでは,遷移金属酸化物クラスターで表面修飾した酸化チタンを中心とした可視光応答型光触媒を用いて,太陽光で効率良く駆動される人工光合成系(二酸化炭素からの有機物合成および水からの水素獲得)を構築することを目指す。
 これまでに,酸化チタン表面に極微サイズの遷移金属酸化物ナノクラスターを形成するための手法として,遷移金属錯体の化学吸着に続く熱処理サイクルからなるChemisorption- Calcination-Cycle法を開発した[1]。さらに,この金属酸化物ナノクラスター表面修飾酸化チタンの有害有機物分解に対する光・熱触媒活性について系統的な研究を行い,幾つかの系が,酸化チタンのUV光活性を著しく増大させると同時に,高い可視光活性を発現することを見出した[2]。酸化チタン系光触媒を用いて高効率な人工光合成を実現するためには,三つの問題を解決しなければならない。一つは,酸化チタンの正孔による酸化力が強すぎて還元生成物が再酸化を受けることである。我々は,金属酸化物ナノクラスターの表面修飾量を変化させることによって,酸化チタンの価電子帯上端を連続的に制御できることを明らかにしている[2]。二つ目は,酸化チタンの励起電子による還元力が弱く,人工光合成に応用するには不十分であることである。三つ目は,電子と正孔の電荷分離効率を上げることである。酸化チタン表面に担持された金属ナノ粒子は,励起電子を収集・保持能力を有している[3]。
本研究では,金属ナノ粒子の電荷分離効果と電子プール効果に加えて,前記反応に対して電極触媒作用をもつ金属ナノ粒子を探索し,金属酸化物-金属-酸化チタンからなる三元ナノハイブリッド型微粒子を合成する(図1)。さらに,これらのキャラクタリゼーションと二酸化炭素および水の還元に対する活性を評価を行い,高活性な可視光光触媒を開発する。なお,酸化還元サイトを分離して反応効率を上げると共に微粒子系の設計指針を得るために,金属酸化物ナノ粒子で表面修飾した多孔質酸化チタンナノ結晶薄膜を光アノードとして用いた光電気化学(PEC)セルによる研究を並行して進める(図2)。

【参考論文】
[1] H. Tada, Q. Jin, H. Nishijima, H. Yamamoto, M. Fujishima, S.-i. Okuoka, T. Hattori, Y. Sumida, H. Kobayashi, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 3501-3505.
[2] H. Tada, Q. Jin, A. Iwaszuk, M. Nolan, J. Phys. Chem. C 2014, 118, 12077 (Feature Article).
[3] H. Tada, T. Kiyonaga, S.-i. Naya, Chem. Soc. Rev. 2009, 38, 1849.
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