表面プラズモン共鳴とシングルサイト活性種の協奏効果を発現する新規複合型触媒の創成

创造一种新型复合催化剂，表现出表面等离子体共振和单中心活性物种的协同效应

基本信息

批准号：
18J20246
负责人：
吉井丈晴
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

当該研究では、新しいプラズモニックナノ構造触媒の開発を行い、表面プラズモン共鳴による活性向上を最大化することを目的としている。昨年度は、Pdクラスター担持還元型酸化グラフェン(rGO)被覆Auナノロッド触媒を調製し、その構造同定と触媒活性評価を行った。本年度は、rGO層上で触媒活性種の構造制御が可能であることに着目し、触媒の調製と特性評価を行った。Auナノロッド表面上でGOとPd前駆体を同時に水素還元することで、均一な粒子径を有するPdナノ粒子担持rGO被覆Au触媒が得られた。触媒を可視光照射下での直接過酸化水素合成反応に適用すると、暗所下に比べて約7倍生成量が向上した。種々の実験から、Auの表面プラズモン共鳴によって生じた熱電子がrGOを介してPdへと至り、Pd上でのH2活性化を促進していることが分かり、これに起因して反応が加速されたものと考察した。以上の結果を踏まえ、当該研究の最終目的である表面プラズモン共鳴とシングルサイト活性種の協奏効果を発現する複合型触媒の開発を試みた。rGOと同様の層状構造を有する層状カーボンナイトライド(g-C3N4)を用いて触媒調製を行い、シングルサイトCo固定化g-C3N4被覆Auナノロッド触媒を合成し、各種キャラクタリゼーションによりその構造を同定した。触媒を可視光照射下での光触媒的二酸化炭素還元反応に適用すると、シングルサイトCo担持g-C3N4単体に比べて約3倍の活性を示した。Auナノロッドの表面プラズモン共鳴により、周囲のシングルサイトCo担持g-C3N4が活性化されたものと推察された。以上のように、当該年度においてはrGOおよびg-C3N4上で活性種構造制御された触媒系を構築し、それぞれの特長を活かした反応へ応用することができた。これらの結果は、今後のプラズモニックナノ構造触媒の開発に対してその設計指針を提供するものである。

这项研究旨在开发新的等离子纳米结构催化剂，并最大程度地提高表面等离子体共振引起的活性改善。去年，我们准备了一个PD簇支持的氧化石墨烯（RGO）涂层的Au纳米棒催化剂，并确定了其结构并评估了催化活性。今年，我们专注于控制RGO层上催化活性物种的结构，并进行了催化剂的准备和表征。在Au纳米棒表面同时减少GO和PD前体的氢还原具有均匀粒径的RGO涂层的AU催化剂。当将催化剂应用于可见光下的直接氢过氧化氢合成反应时，生产量大约是黑暗中的七倍。各种实验表明，通过RGO的表面等离子体共振产生的热电子通过RGO产生，从而促进了PD上的H2激活，这导致了反应的加速。基于上述结果，我们试图开发出一种复杂的催化剂，该催化剂表现出研究的最终目标，即表面等离子体的共鸣和单位活性物种的音乐会效应。使用类似于RGO的分层结构的层状碳（G-C3N4）制备催化剂，并合成了单位CO固定的G-C3N4固定的Au nanorod催化剂，并通过各种特征来鉴定结构。当将催化剂应用于可见光照射下的光催化二氧化碳还原反应时，它显示的活性大约是单位共支撑的G-C3N4的三倍。据估计，由于Au纳米棒的表面等离子体共振，周围的单位点共支撑的G-C3N4被激活。如上所述，在本财政年度，在RGO和G-C3N4上构建了具有控制活性物种结构的催化剂系统，并能够应用于利用其各自特征的反应。这些结果为等离子纳米结构催化剂的未来开发提供了设计指导。