ホール輸送高分子の水レドックス触媒能の見出しと可視光による水素/酸素発生の化学

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ポリチオフェンなどホール輸送性共役高分子の薄層が、固有な光吸収能と電荷輸送能の他に、水分子の酸化反応の触媒能を兼ね備え、いくつかは光照射下でも促進され、水分解（酸素ガス発生）に作動することを実証した。界面での水へのホール注入の化学的な意味を有機高分子薄層を対象に議論し、有機高分子材料の湿式・(光)電気化学触媒としての高い可能性を明らかにしている。(1)　ポリチオフェン誘導体（ポリエチレンジオキシチオフェンとポリ-3-ヘキシルチオフェン、P3HT）の薄層を集電基板上に形成し、親水性高分子（ポリヒドロキシエチルメタクリレート）で固定した。暗所、アルカリ水中での正電位印加により、基板単独に比べ、水の酸化電流は過電圧低く開始し(電位1.5-1.6V)、電流値は大きく(サブmA/cm2)、酸素気泡の発生も観測された。特に、リン酸、フチン酸添加の水溶液で顕著で、これら対イオンはポリチオフェンのドーパントとして機能し、小さなTafel勾配から触媒的な作用として示唆された。親水性高分子での被覆は、ポリチオフェン層の作動中の脱離を防ぎ、水の接触また酸素気泡の脱離を容易とした。(2)　電子受容性分子はP3HTに部分的に電荷移動錯体を形成してドープされ、高い光吸収能と併せHOMO準位(-4.70eV)がアルカリ下での水酸化電位より深くなった。各種基板上にこれらP3HT薄層を形成し、可視光照射下での活性測定に着手した。(3)　共役レドックス高分子の酸化還元電位、双安定性、電荷分離、また水界面での電子授受につき、研究代表者のそれらも含む既報論文２００報余りを精査しながら、分子構造、ホール輸送能、光励起特性と関連付けて普遍的に議論し、資源・毒性・安全性に制約ある金属触媒に対し、フィルム形成や耐久性など、水から水素・酸素・過酸化水素を生成する光・電気化学触媒としての有機高分子の利点と可能性を描像した。