Molecular-scale analysis of artificial photosynthesis catalysts: structural and electric properties of supramolecular metal complexes anchored on semiconducting oxide surfaces

本研究では、半導体微粒子と2核錯体で構成されるハイブリッド人工光合成光触媒について、2核錯体の吸着構造及び半導体表面のナノ構造が光触媒活性に与える影響を解明する。2核錯体は、アルキル基で接続された増感単核錯体と触媒単核錯体で構成される。増感錯体で光励起された電子は、アルキル基を経て触媒錯体に移動する。触媒錯体はCO2を配位子として取り込んで、光励起電子でCO2を還元する。2核錯体を半導体に吸着させる際にアルキル基に捩れや撓みが生じると、光励起電子の移動効率が変化すると予想される。吸着2核錯体の増感錯体－触媒錯体間の方位や距離を解析して光触媒活性と関連付ければ、その情報を基に2核錯体の構造や半導体表面の構造を最適化して、ハイブリッド光触媒の量子収率・耐久性を向上できる。令和2年度は、半導体のルチル型酸化チタン（TiO2）単結晶 (1×1)表面にハイブリッド光触媒の作製で行われる湿式法（錯体のアセトニトリル溶液にTiO2結晶を浸漬させる方法）で増感単核錯体を吸着させ、個々の増感錯体を走査トンネル顕微鏡（STM）を用いて画像化することに成功した。次段階として、今年度は湿式法の条件を完全に再現することに着手した。TiO2(110)-(1×1)表面への増感錯体の吸着を、「TiO2表面で単分子膜を形成する量の錯体を含む溶液」を用いて「N2雰囲気下で錯体溶液を攪拌しながら」実施した。X線光電子分光法を用いた定量解析では、単分子膜量の増感錯体が吸着していることがわかった。一方、STMを用いた分子スケール観察では、吸着錯体が部分的に凝集していることがわかった。

本研究では、半導体微粒子と2核錯体で構成されるハイブリッド人工光合成光触媒について、2核錯体の吸着構造及び半導体表面のナノ構造が光触媒活性に与える影響を解明する。2核錯体は、アルキル基で接続された増感単核錯体と触媒単核錯体で構成される。増感錯体で光励起された電子は、アルキル基を経て触媒錯体に移動する。触媒錯体はCO2を配位子として取り込んで、光励起電子でCO2を還元する。2核錯体を半導体に吸着させる際にアルキル基に捩れや撓みが生じると、光励起電子の移動効率が変化すると予想される。吸着2核錯体の増感錯体－触媒錯体間の方位や距離を解析して光触媒活性と関連付ければ、その情報を基に2核錯体の構造や半導体表面の構造を最適化して、ハイブリッド光触媒の量子収率・耐久性を向上できる。令和2年度は、半導体のルチル型酸化チタン（TiO2）単結晶 (1×1)表面にハイブリッド光触媒の作製で行われる湿式法（錯体のアセトニトリル溶液にTiO2結晶を浸漬させる方法）で増感単核錯体を吸着させ、個々の増感錯体を走査トンネル顕微鏡（STM）を用いて画像化することに成功した。次段階として、今年度は湿式法の条件を完全に再現することに着手した。TiO2(110)-(1×1)表面への増感錯体の吸着を、「TiO2表面で単分子膜を形成する量の錯体を含む溶液」を用いて「N2雰囲気下で錯体溶液を攪拌しながら」実施した。X線光電子分光法を用いた定量解析では、単分子膜量の増感錯体が吸着していることがわかった。一方、STMを用いた分子スケール観察では、吸着錯体が部分的に凝集していることがわかった。