層状酸化チタン／金属ナノ粒子複合体からなるソーラー水分解光触媒の開発

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本研究は太陽光エネルギーを利用して水を高効率に酸化分解できる層状酸化チタン(TNS)／金属ナノ粒子複合体から成る新規光触媒の開発を目的として実施された。より具体的には、金属ナノ粒子が持つ可視域～近赤外域の光を吸収する局在表面プラズモン共鳴(LSPR)特性を利用することで、太陽光の全波長成分を水の分解反応におけるエネルギー源として活用し、太陽光エネルギーを水素エネルギーへと高効率に変換できる光触媒を構築することを目指した。まず、異方性を持つ銀ナノ粒子を酸化チタン上に担持する際に、TNS積層体の層間のナノ空間を鋳型として用いることで、表面保護剤が不要で、かつ二次元の異方性形状(プリズム状など)を有する安定な銀ナノ粒子を高選択的に作製できると着想し、ナノ空間における銀イオンの光触媒還元反応や化学還元を試みた。層間においてナノ粒子が還元析出することをX線回折パターンの変化から確認することができた。金属ナノ粒子の析出後、層状酸化チタン積層体が白色から褐色、あるいは薄紫色に変色したこと、および吸収スペクトル測定の結果から、サンプルが局在プラズモン共鳴に由来して可視光および近赤外光を吸収していることが示唆された。以上より、可視～近赤外の光を吸収できる新しい材料を作製することができたので、次に得られたサンプルに様々な波長の光を照射することで水の酸化分解が可能であるかどうか検討する必要があった。しかし、申請者の都合により本研究課題を廃止したため、計画していた実験は上記の試みのみしか実行できなかった。