イオン伝導整流性を示すMOFヘテロ界面の構築

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本研究で目的とするヘテロ界面構築およびイオン・電子の流れの制御を試みるにあたり、プルシアンブルー類似体（Prusian Blue Analogue, PBA）ガラスおよびZn2+とイミダゾール、リン酸からなるガラスの利用を試みた。PBAガラスについては、構造が有する不飽和金属サイトの形成による光触媒能の検討を通し、界面でのイオン、電子の移動について検討を行った。機械的ガラス化によってCoFeからなるPBAガラスを作製した。X線回折および示差走査熱量測定によって均一なガラス相に変化していることを確認した。調製したガラスはアセトニトリル、水、エタノールなど、さまざまな溶媒に対して安定であることを確認した後、ガラスの成形加工性を利用し光触媒セルへと組み込み、光触媒反応によってCO2からCOとH2への変換が促進されることを確認した。界面構築により、PBA結晶と比較してCO選択性が約10%向上していることが確認された。このPBAガラスはアセトニトリル/水混合溶液中で6時間の光CO2還元を行った後も安定であった。一方Zn2+－イミダゾールリン酸塩ガラスについては、160℃で結晶融解することを利用し、鉄ポルフィリン錯体をドープ、分散させたのち、ITO基板にドクターブレードを利用して塗布し、膜作成を行った。これを利用して電気化学セルを作成し、同様に光触媒評価を行ったところCO2からギ酸を高効率、高選択的に生成することを確認した。CO2はガラスの表面だけではなくある程度のガラス内部まで侵入し、鉄ポルフィリン触媒と良好なヘテロ界面を構築していることによる触媒活性と捉えられる。