構造欠陥とバイメタル活性点を導入した新規金属有機構造体光触媒の創成

创建一种包含结构缺陷和双金属活性位点的新型金属有机框架光催化剂

• 批准号: 21J10556
• 负责人: 近藤 吉史
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J10556/
• 关键词: 金属有機構造体; 構造欠陥; 光触媒; 過酸化水素

本研究では、構造欠陥を導入した金属有機構造体(Metal-Organic Framework; MOF)光触媒の開発とその高活性化を目的としている。本年度は、前年度で確立した構造欠陥手法のさらなる応用展開とMOFの構造欠陥がもたらす光触媒活性向上要因の解明を行った。ソルボサーマル合成時に酢酸を添加する欠陥導入手法を用いることにより、Hf系-MOFにおいても、リンカー欠陥を選択的かつ欠陥量を制御して導入することに成功した。本触媒を光触媒的過酸化水素生成反応へ適用したところ、MOF光触媒への構造欠陥の導入により、過酸化水素生成量が大幅に増加した。実験的検討と量子科学計算の結果から、リンカー欠陥による光触媒活性はリンカーの非放射性緩和過程の抑制に由来するものであると推察された。この結果は、既存研究で提唱されていた活性向上機構とは異なる新たなリンカー欠陥による光触媒活性向上機構を提案するものである。さらなる高活性化を目的として、リンカー欠陥量を最適化したHf-MOFに対して、Ni助触媒の担持を行った。リンカー欠陥の導入と助触媒担持を組み合わせることで、相乗効果が発現し、過酸化水素生成量が著しく向上した。本触媒は、水を電子源とした過酸化水素生成反応に対して既存のMOF触媒を凌駕する性能を示すことを見出した。これは担持したNi助触媒がMOFで生成した励起電子－正孔の電荷分離を起こすことに加え、水の酸化反応における極めて高い過酸化水素選択性を持つためであると推察された。以上のように、当該年度においてはリンカー欠陥手法の応用展開やさらなる高活性化に成功し、リンカー欠陥によるMOFの光触媒活性向上機構に関する新たな知見を提案した。これらの研究は、今後のMOF光触媒材料の開発に対してその設計指針を提供するものである。

This study aims to improve the photoactivity of metal-organic framework (MOF) photocatalyst by introducing structural defects. This year, the structural deficiency of MOF has been established and the key factors of photocatalytic activity have been clarified. The method of adding acetic acid to the solution was successful in controlling the amount of acetic acid added to the solution. The catalyst photocatalysts of the formation of acid water is suitable for the introduction of MOF photocatalyst structure, acid water formation is greatly increased The results of quantum science calculations are discussed in detail, and the mechanism of inhibition of photocatalytic activity and non-radioactive mitigation processes is explored. The results of this study are different from those of the existing studies. In order to optimize the activity of Hf-MOF, Ni promoter should be supported. The amount of water produced by the reaction of the catalyst and the catalyst is increasing. The catalyst shows the performance of the existing MOF. The catalyst is supported by Ni, and the charge separation of electron and positive pore is initiated. In the meantime, new insights have been proposed on the successful development of photoactivation-enhancing technologies for MOF during the year. This research provides some design guidelines for the future development of MOF photocatalyst materials.

项目成果

Al酸化物クラスターを有する金属有機構造体を用いた光触媒的過酸化水素生成

使用具有Al氧化物簇的金属有机框架光催化生产过氧化氢

• 发表时间: 2022
• 作者: 近藤吉史;日野剣太;桑原泰隆;森浩亮;山下弘巳
• 通讯作者: 山下弘巳

Photosynthesis of Hydrogen Peroxide over Defective Hf-Based Metal-Organic Frameworks

有缺陷的 Hf 基金属有机框架上过氧化氢的光合作用

• 发表时间: 2022
• 作者: Yoshifumi Kondo;Kotaro Honda;Yasutaka Kuwahara;Kohsuke Mori;Hisayoshi Kobayashi;Hiromi Yamashita
• 通讯作者: Hiromi Yamashita

欠陥導入Hf-MOFを用いた光触媒的過酸化水素生成

使用引入缺陷的 Hf-MOF 光催化生产过氧化氢

• 发表时间: 2022
• 作者: 近藤吉史;本田虎太郎;桑原泰隆;森浩亮;山下弘巳
• 通讯作者: 山下弘巳

Visible-Light-Driven Hydrogen Peroxide Production from Water and Dioxygen by Perylenetetracarboxylic Diimides Modified Titanium-Based Metal-Organic Frameworks

可见光驱动苝四甲二酰亚胺改性钛基金属有机骨架从水和分子氧生产过氧化氢

• DOI: 10.1039/d1ta08036a
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Materials Chemistry A
• 影响因子: 11.9
• 作者: X. Chen;Y. Kondo;S. Li;Y. Kuwahara;K. Mori;D. Zhang;C. Louis;and H. Yamashita
• 通讯作者: and H. Yamashita

Effect of Missing-Linker Defects in Zr-MOF on Photocatalytic Hydrogen Peroxide Production

Zr-MOF 中缺失连接体缺陷对光催化过氧化氢生产的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Yoshifumi Kondo;Yasutaka Kuwahara;Kohsuke Mori;Hiromi Yamashita
• 通讯作者: Hiromi Yamashita