２段階励起型パンクロマティックフォトアノードの創製による高効率な太陽光水分解反応

近年、化石資源の枯渇や環境問題の深刻化に伴い、「持続可能な社会」の実現が求められている。実用性の高いクリーンエネルギー産生システムとして「分子性色素増感光電気化学セル」(分子性PEC)による太陽光水分解は, 水素と酸素を分離生成可能な点において注目を集めている。しかし、現在報告されている分子性光電気化学セルにおいて、太陽光の利用効率は原理的に低く、具体的には600 nm程度以下の可視光や紫外光しか利用できない。そこで、アノード上に異なる光吸収特性およびレドックスを持つ色素分子を修飾したパンクロマティックフォトアノードを創成することで太陽光の利用効率の改善を試みる。本研究課題では、可視光領域の光を利用可能な色素visと近赤外光まで利用可能な色素NIRを想定したルテニウム錯体群を合成し、光特性および電気化学特性を調査することで、パンクロマティックフォトアノードに適した色素を特定し、実際にTiO2電極の伝導帯に電子を注入することを分光科学的に解析することで調査を行った。色素Visとしては6種類のポリピリジルルテニウム錯体を、色素NIRとしては10種類のポリピリジルルテニウム錯体を合成した。合成した色素群について、電気化学的特性および光学特性を調査し、水の酸化反応を想定したフォトアノードのエネルギーダイアグラムを作成した。色素Vis群、色素NIR群のどちらもそれぞれの要件を満たす特性を有していることを明らかにした。これらの色素が中世水溶液中においてTiO2の伝導帯に電子注入が可能か、分光科学的に調査したところ、色素Visについては色素Vis-3以外の5種のルテニウム錯体はTiO2の伝導帯に電子注入可能であることを確認した。しかし、色素NIR群の色素はいずれの場合も電子注入現象が観測されなかった。

近年、化石資源の枯渇や環境問題の深刻化に伴い、「持続可能な社会」の実現が求められている。実用性の高いクリーンエネルギー産生システムとして「分子性色素増感光電気化学セル」(分子性PEC)による太陽光水分解は, 水素と酸素を分離生成可能な点において注目を集めている。しかし、現在報告されている分子性光電気化学セルにおいて、太陽光の利用効率は原理的に低く、具体的には600 nm程度以下の可視光や紫外光しか利用できない。そこで、アノード上に異なる光吸収特性およびレドックスを持つ色素分子を修飾したパンクロマティックフォトアノードを創成することで太陽光の利用効率の改善を試みる。本研究課題では、可視光領域の光を利用可能な色素visと近赤外光まで利用可能な色素NIRを想定したルテニウム錯体群を合成し、光特性および電気化学特性を調査することで、パンクロマティックフォトアノードに適した色素を特定し、実際にTiO2電極の伝導帯に電子を注入することを分光科学的に解析することで調査を行った。色素Visとしては6種類のポリピリジルルテニウム錯体を、色素NIRとしては10種類のポリピリジルルテニウム錯体を合成した。合成した色素群について、電気化学的特性および光学特性を調査し、水の酸化反応を想定したフォトアノードのエネルギーダイアグラムを作成した。色素Vis群、色素NIR群のどちらもそれぞれの要件を満たす特性を有していることを明らかにした。これらの色素が中世水溶液中においてTiO2の伝導帯に電子注入が可能か、分光科学的に調査したところ、色素Visについては色素Vis-3以外の5種のルテニウム錯体はTiO2の伝導帯に電子注入可能であることを確認した。しかし、色素NIR群の色素はいずれの場合も電子注入現象が観測されなかった。