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水素生成反応に有効なナノ粒子助触媒の創生

水を分解する粉末光触媒のほとんどは、酸化ニッケルや酸化ルテニウムといった水素生成の反応活性点となる助触媒を担持してはじめて活性になります。 図1に示すように、これは光触媒表面に担持された助触媒が電子と正孔の分離を促進し、表面反応の活性化エネルギーを低下させるためであると説明できます。 したがって、助触媒の開発は水分解光触媒の研究において重要な課題ですが、 2005年頃まではほとんど注意が向けられていませんでした。
 このような状況を踏まえ、新たな助触媒の開発に取り組んだ結果、 Cr(III)を含んだ遷移金属酸化物群やコア/シェル型構造の貴金属/酸化クロムナノ粒子(図2)といった 新しいタイプの助触媒を開発することに成功しました。これらの新規助触媒により、 可視光水分解反応の性能は大幅に引き上げられ、助触媒開発の重要性は水分解光触媒のみならず、 様々な光触媒反応においても広く認識されるようになっています。
 現在では、これまでに報告例の無い新しい構造・機能を有する助触媒ナノ粒子の開発に取り組んでいます。 また、「高価な金属元素を用いない」という元素戦略的な見地からも研究を行っています。

図1.粉末光触媒による水分解反応における助触媒の役割

図2.光触媒微粒子上に担持されたコア/シェル型構造のRh/Cr2O3ナノ粒子の透過型電子顕微鏡写真