水素貯蔵分子からの水素生成のための単一原子合金プラズモン触媒

用于从储氢分子制氢的单原子合金等离子体催化剂

基本信息

批准号：
21F21042
负责人：
山下弘巳
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-09-28 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21F21042/
关键词：
プラズモン触媒シングルサイト触媒水素キャリア

项目摘要

新エネルギー開発が切望される中、クリーンで無尽蔵な太陽光エネルギーの有効利用を実現するために、「可視光応答型光触媒の開発」は期待すべき研究課題である。本研究では、「プラズモンナノ粒子を基盤とした単一金属合金光触媒の開発」、ならびに、「水素貯蔵材料からの高効率水素生成反応系の構築」を目的とする。また放射光XAFSなどの分光学的手法を駆使して、優れた触媒機能とナノレベルの構造との相関を明らかにする。特に、様々な反応ステージでのin-situ XAFS測定によって、反応ガスの吸着・配位により生成する反応中間体の微細構造をも高精度で決定する。種々の分光学的手法を駆使した触媒活性種近傍の微細構造に関する知見と触媒機能の関連性を解明することで、更なる高性能光触媒の設計指針にフィードバックする。本年度は主に各種プラズモン光触媒の調製を行った。高性能触媒の開発には、プラズモン材料と触媒活性点との接合が重要ポイントとなる。そこでAu, Agを基盤としたプラズモン材料と触媒活性種、特にプラズモン効果への感度が高いと予想されるシングルサイト触媒との複合化を行った。ハイブリッド材料のナノ構造（形状や粒径）と異種金属との接合状態を精密制御することで、広範囲な可視光吸収および赤外応答性のある触媒開発を試みた。さらに、多孔体とプラズモン材料との融合による触媒の高効率化について検討も行った。活性の評価は、水素キャリア分子（アンモニアボラン、ギ酸、アンモニア、過酸化水素）のからの水素生成、創薬に重要なクロスカップリング反応、分子内選択水素化反応を検討した。

在新能源开发的迫切需要下，为了实现清洁且取之不尽的太阳能的有效利用，“开发可见光响应型光催化剂”是一个很有前景的研究课题。这项研究的目标是“开发基于等离子体纳米颗粒的单一金属合金光催化剂”和“利用储氢材料构建高效制氢反应系统”。我们还将利用同步辐射XAFS等光谱技术来阐明优异的催化功能与纳米级结构之间的相关性。特别是，通过在各个反应阶段进行原位XAFS测量，可以高精度确定通过反应气体的吸附和配位产生的反应中间体的精细结构。通过使用各种光谱技术阐明催化活性物质附近的精细结构和催化功能之间的关系，我们将反馈到更高性能光催化剂的设计指南。今年我们主要制备了各种等离子体光催化剂。等离子体材料与催化活性位点的键合是高性能催化剂开发的重要点。因此，我们将基于金和银的等离子体材料与单中心催化剂相结合，预计对催化活性物种，特别是等离子体效应高度敏感。通过精确控制混合材料的纳米结构（形状和粒径）与不同金属之间的键合状态，我们试图开发一种具有广泛的可见光吸收和红外响应能力的催化剂。此外，我们研究了如何通过结合多孔体和等离子体材料来提高催化剂的效率。为了评估活性，我们研究了氢载体分子（氨硼烷、甲酸、氨、过氧化氢）的氢气生成、对药物发现重要的交叉偶联反应以及分子内选择性氢化反应。