Visible Light Driven Z-scheme Water Splitting by using Photocatalyst Particles with New Shuttle Redox Mediators

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本研究課題は，H2製造を目的とした二段階励起型水分解における新規レドックス対としてポリオキソメタレートに着目し，その酸化還元挙動および水分解系におけるレドックス対としての機能を系統的に評価することによって，本系の進展を図ることを目的とする．二段階励起型水分解系では，H2生成とO2生成にそれぞれ異なる光触媒が用いられ，水溶液中に存在するレドックス対が両者間の電子伝達を担う．したがって，本水分解系の高効率化には，光触媒材料の開発のみならず，両者間の電子伝達を効率的に行うレドックス対の設計・開発も重要と考えられる．しかし，水溶液中で安定に酸化還元を繰り返しかつ，その酸化還元電位が適切なレドックス対は，ごく一部に限定されてきたといえる．これまでに，H2生成系およびO2生成系に適切な光触媒を用いて，マンガン置換Keggin型シリコポリタングステートをレドックス対とする二段階励起型水分解系を実証している．今年度は，他の遷移金属を含むシリコポリタングステートの酸化還元挙動に着目し，骨格にVあるいはCoを導入したシリコポリタングステートを合成したところ，これらの遷移金属の価数変化に対応する酸化還元挙動を示し，V系は本水分解系のレドックス対として機能すること，Co系は，H2生成系における電子供与能は低いものの，O2生成系において効率的な電子受容体として機能することを明らかにした．これらの成果は今後，ポリオキソメタレートをベースとする材料の酸化還元挙動が，本系のレドックス対として幅広く適用できる可能性を示す結果である．