Molecular-scale analysis of artificial photosynthesis catalysts: structural and electric properties of supramolecular metal complexes anchored on semiconducting oxide surfaces

人工光合作用催化剂的分子尺度分析：锚定在半导体氧化物表面的超分子金属配合物的结构和电性能

基本信息

批准号：
19H02815
负责人：
笹原亮
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H02815/
关键词：
人工光合成光触媒 2核錯体半導体走査プローブ顕微鏡

项目摘要

本研究では、半導体微粒子と2核錯体で構成されるハイブリッド人工光合成光触媒について、2核錯体の吸着構造及び半導体表面のナノ構造が光触媒活性に与える影響を解明する。2核錯体は、アルキル基で接続された増感単核錯体と触媒単核錯体で構成される。増感錯体で光励起された電子は、アルキル基を経て触媒錯体に移動する。触媒錯体はCO2を配位子として取り込んで、光励起電子でCO2を還元する。2核錯体を半導体に吸着させる際にアルキル基に捩れや撓みが生じると、光励起電子の移動効率が変化すると予想される。吸着2核錯体の増感錯体－触媒錯体間の方位や距離を解析して光触媒活性と関連付ければ、その情報を基に2核錯体の構造や半導体表面の構造を最適化して、ハイブリッド光触媒の量子収率・耐久性を向上できる。令和2年度は、半導体のルチル型酸化チタン（TiO2）単結晶 (1×1)表面にハイブリッド光触媒の作製で行われる湿式法（錯体のアセトニトリル溶液にTiO2結晶を浸漬させる方法）で増感単核錯体を吸着させ、個々の増感錯体を走査トンネル顕微鏡（STM）を用いて画像化することに成功した。次段階として、今年度は湿式法の条件を完全に再現することに着手した。TiO2(110)-(1×1)表面への増感錯体の吸着を、「TiO2表面で単分子膜を形成する量の錯体を含む溶液」を用いて「N2雰囲気下で錯体溶液を攪拌しながら」実施した。X線光電子分光法を用いた定量解析では、単分子膜量の増感錯体が吸着していることがわかった。一方、STMを用いた分子スケール観察では、吸着錯体が部分的に凝集していることがわかった。

在本研究中，我们将阐明双核配合物的吸附结构和半导体表面的纳米结构对由半导体颗粒和双核配合物组成的混合人工光合作用光催化剂的光催化活性的影响。双核配合物由通过烷基连接的敏化单核配合物和催化单核配合物组成。敏化络合物中光激发的电子通过烷基转移至催化剂络合物。该催化剂复合物包含 CO2 作为配体，并通过光激发电子还原 CO2。当双核络合物吸附到半导体上时，如果烷基发生扭曲或弯曲，则预计光激发电子的转移效率将会改变。如果对吸附的双核配合物的敏化配合物和催化剂配合物之间的取向和距离进行分析并将其与光催化活性相关联，则可以基于该信息优化双核配合物的结构和半导体表面的结构，并且混合可以开发光催化剂，提高量子产率和耐久性。 2020财年，我们将采用湿法（将TiO2晶体浸入配合物的乙腈溶液中的方法）开发敏化单体，该方法通过在半导体金红石型氧化钛表面上创建混合光催化剂来进行(TiO2) 单晶 (1×1) 我们成功地吸附核复合物并使用扫描隧道显微镜 (STM) 对单个敏化复合物进行成像。下一步，今年我们开始完全重现湿法的条件。使用含有一定量络合物的溶液将敏化络合物吸附到TiO2(110)-(1×1)表面上，在TiO2表面上形成单分子膜，并在N2气氛下搅拌络合物溶液。这样做的同时，也进行了。使用X射线光电子能谱的定量分析表明，单层量的敏化络合物被吸附。另一方面，使用STM的分子尺度观察表明吸附复合物部分聚集。