高効率可視光水分解を実現するメタルシアノフェレート表面修飾型光触媒の開発

半導体光触媒に光生成した正孔がレドックス媒体[Fe(CN)6]4-を酸化し、励起電子が水を還元し水素を生成する反応系において、メタルシアノフェレート（AaM[Fe(CN)6]b, A：カウンターカチオン、M：金属種、a, b：組成比、以後MCFと略）を光触媒表面に修飾すると、[Fe(CN)6]4-の酸化が促進され、結果として水素が効率よく生成することをこれまでに実証してきた。当該年度では、昨年度までの「MCF種による[Fe(CN)6]4-の酸化促進」により得た知見に基づき「[Fe(CN)6]4-以外の基質の酸化促進」への展開を目指した。数種の基質に関して検討を進めそれぞれ成果を収めたが、以下には「水の酸化」に関して概要を述べる。水の酸化による酸素生成を促進する「助触媒」として従来、コバルト（Co）等の遷移金属を含む材料が用いられてきた。しかし、これらのほとんどは酸性条件下では容易に溶解し、その助触媒能が失活してしまうことが強く示唆されている。そこで本研究では、Coシアノフェレート（例：Co2[Fe(CN)6]）が水の酸化触媒能を有し、かつ酸性条件下でも化学的に安定であることに着目した。Co2[Fe(CN)6]（以後CoCFと略）を、代表的な酸素生成光触媒であるTaON粒子に担持して酸素生成助触媒としての応用を試みた。pH 3に調整した硝酸銀水溶液からの酸素生成では、従来のCo種（CoOx(OH)y）を担持しても活性は向上せず、CoCFを担持した際にのみ未修飾の場合と比較して活性が2倍程度向上した。本結果と各助触媒を担持した光触媒粒子の酸性水溶液中での安定性試験から、酸性条件下において、従来のCo種（CoOx(OH)y）は溶解するため助触媒として機能できない一方で、CoCFは溶解し難いために、光触媒上で安定に酸素生成助触媒として機能し、水の酸化を促進できることを明らかにした。

半導体光触媒に光生成した正孔がレドックス媒体[Fe(CN)6]4-を酸化し、励起電子が水を還元し水素を生成する反応系において、メタルシアノフェレート（AaM[Fe(CN)6]b, A：カウンターカチオン、M：金属種、a, b：組成比、以後MCFと略）を光触媒表面に修飾すると、[Fe(CN)6]4-の酸化が促進され、結果として水素が効率よく生成することをこれまでに実証してきた。当該年度では、昨年度までの「MCF種による[Fe(CN)6]4-の酸化促進」により得た知見に基づき「[Fe(CN)6]4-以外の基質の酸化促進」への展開を目指した。数種の基質に関して検討を進めそれぞれ成果を収めたが、以下には「水の酸化」に関して概要を述べる。水の酸化による酸素生成を促進する「助触媒」として従来、コバルト（Co）等の遷移金属を含む材料が用いられてきた。しかし、これらのほとんどは酸性条件下では容易に溶解し、その助触媒能が失活してしまうことが強く示唆されている。そこで本研究では、Coシアノフェレート（例：Co2[Fe(CN)6]）が水の酸化触媒能を有し、かつ酸性条件下でも化学的に安定であることに着目した。Co2[Fe(CN)6]（以後CoCFと略）を、代表的な酸素生成光触媒であるTaON粒子に担持して酸素生成助触媒としての応用を試みた。pH 3に調整した硝酸銀水溶液からの酸素生成では、従来のCo種（CoOx(OH)y）を担持しても活性は向上せず、CoCFを担持した際にのみ未修飾の場合と比較して活性が2倍程度向上した。本結果と各助触媒を担持した光触媒粒子の酸性水溶液中での安定性試験から、酸性条件下において、従来のCo種（CoOx(OH)y）は溶解するため助触媒として機能できない一方で、CoCFは溶解し難いために、光触媒上で安定に酸素生成助触媒として機能し、水の酸化を促進できることを明らかにした。