光触媒表面に固定化されたリン酸系官能基を介するマストランスファー促進の学理構築

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本研究では、光触媒粉末表面に固定化したリン酸系官能基を介した反応物マストランスファーの促進に関する、新たな学理構築を目的とする。既往の「水分解用光触媒の開発」は「材料そのものの開発」が主流であり、「溶液内での物理化学現象」の理解・制御はほとんど見落とされてきた。最近、ホスホン基を有するシランカップリング剤を光触媒表面に修飾することで、ホスホン基がプロトン供給を促進し、水からの水素生成活性を向上可能であることを見出した。固液界面での物理化学現象(反応物拡散)の促進を目指す、「光触媒研究」における新たな学問領域の開拓に資すると期待できる。本年度は、昨年度に引き続き「１．ホスホン基を介した反応促進の機構解明」を進めるとともに、「２．様々な光触媒材料に対する適用可能性の検証」を行った。１の検討では、ホスホン基を有するシランカップリング剤を修飾したLa,Rh共ドープSrTiO3 (La,Rh:STO)粉末を用い、水素生成速度や光触媒粉末のゼータ電位のpH依存性を評価した。加えて、回転ディスク電極 (RDE) を用いた対流ボルタンメトリーに基づいて、活性点近傍でのプロトン供給の促進や緩衝作用について考察した。この時、光触媒反応駆動時のホスホン基が関与する現象を、電気化学測定時の電極近傍で再現するためには、導電担体材料と活性点の表面積の比率が重要なパラメータであることが明らかになった。他方、昨年度までの検討において、近赤外領域の長波長光まで吸収可能な水素生成用Cu2(Sn,Ge)S3 (CTGS)光触媒粉末に対しても、ホスホン基修飾が有効であることが分かっている。２の検討では、新たなCTGS粉末の合成ルートを開発することで、更なる活性向上が可能であることを見出した。これらの成果の一部は既に国内学会・国際学会において報告しており、また既に国際学術誌に採択されているものもある。