Observation of proton transfer on photocatalyst surface on a short time scale

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光触媒反応において水素生成効率向上のためには、プロトンの授受を促進する官能基で触媒表面を修飾し、表面上のプロトンの移動過程を的確に把握しつつ、制御することが不可欠である。さらに、反応全体の理解とその制御のためには、光触媒内部での初期過程とそれに続く光触媒表面での分子の過渡的な反応過程、定常状態での水素生成過程を関連付けて議論することが重要である。以上にあたっての本年度の実施内容は以下のとおりである。1. 光触媒試料作製・水からの水素生成反応の解析緩衝能によりプロトンの伝達を促進する役割のある官能基としてホスホン基を有するシランカップリング剤を用いて、光触媒表面を修飾することで表面上の活性部位へのプロトンの供給過程を促進し、水素生成反応効率を向上させることに成功した。この機構については、反応生成物の定性・定量および電気化学的解析により明らかにした。ホスホン基は周囲の酸性度の変化を抑制するとともに、プロトンの移動媒体として機能することがわかった。2. 水からの水素生成反応におけるプロトンの移動過程の過渡分光測定（時間分解蛍光分光法）光触媒表面での分子反応の理解のために、水からの水素生成反応におけるプロトンの供給過程について、酸性度の変化に敏感な蛍光性有機色素であるフルオレセインをプローブ分子として用いた時間分解蛍光分光法による解析を行い、プロトン還元反応が10ピコ秒程度の時間スケールで進行していることが示唆される結果を得た。この方法により光触媒表面での水素生成反応をin situで観測できる可能性を見出した。