金属錯体－半導体複合系による人工光合成光触媒の創製

利用金属络合物-半导体复合体系制备人工光合作用光催化剂

• 批准号: 11J08231
• 负责人: 関澤 佳太
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J08231/
• 关键词: 人工光合成; 光触媒; 金属錯体; 半導体; Z-スキーム; 可視光; 二酸化炭素還元; 光誘起電子移動

人工光合成の実現を目指し、高いCO_2還元光触媒活性を有する金属錯体と、強い酸化力を有する半導体光触媒を組み合わせたZスキーム型光触媒の開発を行った。前年度までに、ルテニウム二核錯体-銀担持酸窒化タンタル(RuRu-Ag/TaON)の複合体を構築することで、CO_2飽和メタノール中、可視光照射によりギ酸生成反応を進行させることに成功している。当該年度においては、この反応の詳細を調べ、触媒活性の向上を試みた。さらに、この光触媒系を多様化し、水中での光触媒活性についても検討した。同位体標識実験により、RuRu-Ag/TaONによる光触媒反応の詳細を調べた。^<13>CO_2を用いたところ、生成したギ酸の炭素源は全てCO_2であることが明らかとなった。また、^<13>CH_3OHを用いたところ、H^<13>CHOの生成が確認された。これらのことから、本光触媒系はメタノールを電子源としたCO_2還元反応を駆動していることが確かめられた。さらに、銀の担持法や担持量を検討することで、ギ酸生成の触媒回転数を2倍以上にまで増大させることに成功した。本研究で開発した金属錯体-半導体複合系光触媒の多様性を調べるために、金属錯体部としてルテニウム-レニウム二核錯体を、半導体部としてGaN:ZnOやLaTiO_2Nを用いた場合についても検討を行った。その結果、いずれの組み合わせでもCO_2還元生成物であるギ酸が確認された。水の酸化とCO_2還元を同時に駆動する光触媒の開発を目指し、金属錯体、半導体、助触媒を変えて水中での光触媒活性を検討した。その結果、RuRu-IrO_2/TaONが最も高い活性を示し、そのギ酸生成の触媒回転数は10に達した。この光触媒系について、^<18>OH_2を用いた標識実験を行ったところ、微量であるが、水由来のO_2が検出された。

The development of artificial photosynthesis-based photocatalyst with high CO_2 reduction activity and strong acidity In the past year, RuRu-Ag/TaON complexes were successfully constructed, CO_2 saturation and visible light irradiation were successfully performed. When the year is over, the reaction time is adjusted in detail, and the catalyst activity is adjusted upwards. In addition, the photocatalyst system is diversified, and the photocatalyst activity in water is investigated. Isotope identification: RuRu-Ag/TaON: Photocatalyst reaction: Detailed adjustment <13>CO_2 is used to produce carbon dioxide. CH_3OH <13>was used to confirm the formation of CH_3OH<13>. This photocatalyst system is a new type of photocatalyst. In addition, the holding method and amount of silver were discussed, and the catalyst recovery rate of citric acid production was more than doubled and increased successfully. In this study, we have developed a new method to modulate the heterogeneity of photocatalysts in metal-semiconductor composite systems. The results showed that the CO_2 reduction products were identified by the combination of CO_2 and CO_2. The development of photocatalyst in water acidification and CO_2 reduction is discussed in this paper. Ru-IrO_2/TaON showed the highest activity, and the catalytic activity of Ru-IrO_2/TaON reached 10. The photocatalyst <18>system contains trace amounts of O_2 and trace amounts of water.

项目成果

金属錯体-半導体複合系による新規Zスキーム型CO_2還元光触媒の開発

利用金属络合物-半导体复合体系开发新型Z型CO_2还原光催化剂

• 发表时间: 2012
• 作者: T. Tashiro;R. Takahashi;Y. Kajiwara;K. Ando;H. Nakayama;T. Yoshino;D. Kikuchi;and E. Saitoh;関澤佳太・前田和彦・小池和英・由井樹人・堂免一成・石谷治
• 通讯作者: 関澤佳太・前田和彦・小池和英・由井樹人・堂免一成・石谷治

光エネルギーを化学エネルギーに変換する金属錯体-半導体Zスキーム型CO_2還元光触媒

将光能转化为化学能的金属配合物——半导体Z型CO_2还原光催化剂

• 发表时间: 2012
• 作者: 関澤佳太; 前田和彦; 堂免一成; 小池和英; 石谷治
• 通讯作者: 石谷治

Direction Control of Interfacial Photochemical Electron Transfer between Metal Complexes and Semiconductors for Constructing Artificial Photosynthetic System Devices

金属配合物与半导体之间界面光化学电子转移的方向控制用于构建人工光合系统装置

• 发表时间: 2011
• 作者: 藤大樹;満倉靖恵;Kei Funakoshi;Keita Sekizawa; Kazuhide Koike; Tatsuto Yui; Osamu Ishitani
• 通讯作者: Keita Sekizawa; Kazuhide Koike; Tatsuto Yui; Osamu Ishitani

金属錯体-半導体複合体による可視光駆動Zスキーム型CO_2還元光触媒

金属络合物-半导体复合材料可见光驱动Z型CO_2还原光催化剂

• 发表时间: 2012
• 作者: 関澤佳太; 前田和彦; 堂免一成; 小池和英; 石谷治
• 通讯作者: 石谷治

金属錯体と半導体を組み合わせた新規Zスキーム型CO_2還元光触媒の創製

金属配合物与半导体相结合的新型Z型CO_2还原光催化剂的研制

• 发表时间: 2012
• 作者: Taiki Fuji;Toshio Moriya;Yasue Mitsukura;関澤佳太・前田和彦・小池和英・由井樹人・堂免一成・石谷治
• 通讯作者: 関澤佳太・前田和彦・小池和英・由井樹人・堂免一成・石谷治