メソポーラスアルミノシリケートを用いたITO上での電極界面反応場の創製

利用介孔铝硅酸盐在ITO上创建电极界面反应场

• 批准号: 22K14699
• 负责人: 岡村 将也
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Kanagawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14699/
• 关键词: 人工光合成; 電気化学; 触媒; メソポーラスシリカ

本研究では、透明電極であるITOガラス基板の表面に垂直メソチャネル構造を持つアルミニウム含有シリカ薄膜を合成し、機能性金属錯体を固定化する。まず、エタノール/アンモニア水溶液中に界面活性剤としてCTAB、シリカ前駆体としてTEOS、添加剤としてデカンを加え、60℃で72h加熱してITO電極上にシリカ薄膜を形成させた。得られた電極の表面を走査型電子顕微鏡（SEM）で観察し、垂直方向に形成されたメソチャネル構造を確認した。また、電極上のシリカ薄膜のみを剥離させ透過型電子顕微鏡（TEM）で観察したところ、同様に細孔構造が認められた。次に、同様のシリカ薄膜合成条件にて、ケイ素に対して一定のモル比でアルミニウムを添加した。アルミニウム源にはアルミン酸ナトリウム、アルミニウムイソプロポキシド、硝酸アルミニウムをそれぞれ検討した。SEM観察の結果、いずれのアルミニウム源を用いた場合でも細孔構造を有することが明らかとなったが、硝酸アルミニウムが最も均一な構造を形成していた。そこで、硝酸アルミニウムを用いて調製したアルミニウム含有シリカ薄膜に、Ru酸素発生触媒:[Ru(trpy)(bpy)(OH2)]2+ (trpy = 2,2':6',2''-terpyridine, bpy = 2, 2'-bipyridine)を固定した。得られた錯体固定化電極のサイクリックボルタンメトリー測定を行ったところ、Ru(II/III)に帰属される酸化波が観測され、ITO電極上のシリカ薄膜にRu錯体が固定化されたことがわかった。Ru錯体の固定量は、定電位電解により～5 nmol/cm2と推定された。さらに、この固定化電極を用いて水の酸化反応に対する触媒活性を評価した。その結果、0.95 V (vs Ag/AgCl)付近から不可逆な電流値の増加が観測され、これは酸素発生反応に伴う触媒電流だと考えられる。

在这项研究中，我们在ITO玻璃基板表面合成了具有垂直介孔结构的含铝二氧化硅薄膜，作为透明电极，并固定了功能性金属配合物。首先，将作为表面活性剂的CTAB、作为二氧化硅前体的TEOS和作为添加剂的癸烷添加到乙醇/氨水溶液中，并将混合物在60℃下加热72小时，以在ITO电极上形成二氧化硅薄膜。 。使用扫描电子显微镜(SEM)观察所得电极的表面，确认了在垂直方向上形成的介孔通道结构。此外，当仅剥离电极上的二氧化硅薄膜并在透射电子显微镜(TEM)下观察时，观察到类似的孔结构。接下来，在类似的二氧化硅薄膜合成条件下以与硅的恒定摩尔比添加铝。作为铝源，研究了铝酸钠、异丙醇铝和硝酸铝。 SEM观察的结果表明，任何铝源都具有孔结构，但硝酸铝形成最均匀的结构。因此，将Ru产氧催化剂：[Ru(trpy)(bpy)(OH2)]2+(trpy=2,2':6',2''-三联吡啶)添加到制备的含铝二氧化硅薄膜中使用硝酸铝，bpy = 2, 2'-联吡啶）进行固定。当通过循环伏安法测量所获得的络合物固定电极时，观察到归因于Ru(II/III)的氧化波，表明Ru络合物固定在Ta上的二氧化硅薄膜上。通过恒电位电解估计固定的 Ru 复合物的量约为 5 nmol/cm2。此外，使用该固定电极评价了水氧化反应的催化活性。结果，从 0.95 V 左右（相对于 Ag/AgCl）观察到电流值不可逆增加，这被认为是与析氧反应相关的催化电流。

项目成果

ITO電極上へのアルミニウム含有メソポーラスシリカ薄膜の形成とRu酸素発生触媒の固定化

ITO电极上含铝介孔二氧化硅薄膜的形成及Ru制氧催化剂的固定化

• 发表时间: 2023
• 作者: 原田 駿平; 山田 綾乃; 中野 成美; 岡村 将也; 引地 史郎
• 通讯作者: 引地 史郎

ITO電極上における垂直メソチャネルを有するアルミニウム含有シリカ薄膜の開発と金属錯体の固定化

ITO电极上垂直介孔含铝二氧化硅薄膜的研制及金属配合物的固定化

• 发表时间: 2022
• 作者: 岡村 将也; 山田 綾乃; 中野 成美; 原田 駿平; 引地 史郎
• 通讯作者: 引地 史郎