可視光全域を有効利用可能な、無機ナノシート型人工光捕集系の構築

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太陽光の広い波長領域を有効に利用可能な、ナノシート型人工光捕集系の構築を目指し研究を行った。昨年度までに合成、評価した新規光捕集色素を用い、2種分子間、又は3種分子間の光エネルギー移動反応を検討した。これまで構造の類似したポルフィリン分子間のみにおいて粘土ナノシート状で高効率な光エネルギー移動反応が進行したのに対し、新たなエネルギーアクセプターとしてフタロシアニン誘導体を利用した系においても高効率なエネルギー移動反応が進行する事を見出した。これにより、(1)エネルギー移動速度定数の増大による集められる光子数が大幅に向上し、(2)近赤外領城に強い吸収帯を持つフタロシアニンの利用により380-730nmの波長領域を満遍なく捕集可能な、人工光捕集モデルの提案に成功した。新たな共同研究として、M. Antonietti教授(独国, Max Planck Institute of Colloids and Interfaces)の研究室に訪問し、新規半導体ナノシートの開発を行った。有機半導体であるカーボンナイトライド材料を用いた。C_3N_4はその光触媒的水分解特性から、近年精力的に研究されている材料である。訪問研究により、C_3N_4材料の合成、評価、光触媒特性、など一連の固体半導体研究に必要な技術と知識を得た。従来のC_3N_4は、その分子構造により吸収波長が紫外光領域にほぼ制限されていたが、C_3N_4の構造内に芳香族分子を直接組み込む事で、C_3N_4のバンドギャップを制御し、可視光領域に強い吸収帯を有する材料の合成に成功した。その結果、白色光照射下での水分解特性は、通常の材料の16倍と向上し、可視光領域の有効利用の効果が示された。