最先端プラズマが切り拓く半導体－金属錯体ハイブリッド人工光合成系の高機能化

尖端等离子体首创高性能半导体-金属复合物混合人工光合作用系统

基本信息

批准号：
22KJ1266
负责人：
榊原教貴
金额：
$ 2.33万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1266/
关键词：
光触媒プラズマ二酸化炭素金属錯体半導体

项目摘要

カーボンニュートラルな社会の実現に向けて、光触媒によるCO2還元は大変有望な技術として大きく注目されている。本研究では、植物の二段階光励起機構に倣い半導体と超分子光触媒を融合した、可視光応答CO2還元を駆動するハイブリッド光触媒のさらなる高性能化を目指した。本研究課題では、これまでにほとんど試みられてこなかった半導体と超分子光触媒の接合界面の改質に着目し、低ダメージかつ高密度な表面改質で実績のある液中プラズマ技術を活用することで、界面状態の制御によるハイブリッド光触媒の高性能化を試みている。昨年度までに、グラファイト状窒化炭素（C3N4）にRuRu超分子光触媒を固定化したハイブリッド光触媒において、C3N4へのプラズマ表面改質により、CO2還元反応の耐久性と生成物選択率が大幅に向上することを明らかにした。本年度は、プラズマ表面改質によるハイブリッド光触媒の性能向上の要因を検討した。過渡吸収分光測定および電子スピン共鳴測定を用いることで、プラズマ表面改質によりC3N4表面に深い欠陥準位が生成し、そこへ光励起電子が光照射下で蓄積することで、C3N4からRuRuへの電子移動が促進されていることが明らかとなった。さらに、RuRuのモデル錯体である単核Ru錯体を複合化させたハイブリッド光触媒を用いてCO2還元反応を行い、用いた単核Ru錯体の還元電位から深い欠陥準位のポテンシャルを見積もることに成功した。本成果によってプラズマ表面改質の効果の一端が明確化されたと言え、光触媒設計における新たな方法論としてのさらなる展開が期待できる。

使用光催化剂减少二氧化碳排放作为实现碳中和社会的一项非常有前景的技术引起了广泛关注。在这项研究中，我们旨在通过结合半导体和超分子光催化剂，模仿植物的两步光激发机制，进一步提高混合光催化剂的性能，以驱动可见光响应二氧化碳还原。在这个研究项目中，我们将重点关注迄今为止几乎没有尝试过的半导体和超分子光催化剂之间的键合界面的改性，并利用在低损伤和高密度表面改性方面拥有良好记录的浸没等离子体技术。人们正在尝试通过控制界面状态来提高杂化光催化剂的性能。截至去年，我们发现，在将 RuRu 超分子光催化剂固定在石墨氮化碳 (C3N4) 上的混合光催化剂中，通过对 C3N4 进行等离子体表面改性，CO2 还原反应的耐久性和产物选择性显着提高。。今年，我们研究了通过等离子体表面改性提高混合光催化剂性能的因素。通过瞬态吸收光谱和电子自旋共振测量，我们发现由于等离子体表面修饰，C3N4表面产生了深缺陷能级，光激发电子在光照射下聚集在那里，导致电子从C3N4转移到RuRu。很明显，运动正在得到推动。此外，我们使用由单核Ru络合物制成的混合光催化剂（RuRu的模型络合物）进行了CO2还原反应，并成功地根据所使用的单核Ru络合物的还原电位估算了深层缺陷能级的电位。这一结果可以说阐明了等离子体表面修饰的部分效果，我们可以期待其作为光催化剂设计的新方法论的进一步发展。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

共役ポリマー半導体とRu(II)二核超分子光触媒からなるZスキーム型ハイブリッド光触媒を用いた可視光駆動CO2還元

使用由共轭聚合物半导体和 Ru(II) 双核超分子光催化剂组成的 Z 型混合光催化剂实现可见光驱动的 CO2 还原

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
榊原教貴; Ewan McQueen; 玉置悠祐 ;Sebastian Sprick; 石谷治
通讯作者：
石谷治

Surface-Specific Modification of Graphitic Carbon Nitride by Plasma for Enhanced Durability and Selectivity of Photocatalytic CO2 Reduction with a Supramolecular Photocatalyst

通过等离子体对石墨碳氮化物进行表面特异性改性，以增强超分子光催化剂光催化 CO2 还原的耐久性和选择性

DOI：
10.1021/acsami.3c00955
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
9.5
作者：
Sakakibara Noritaka;Shizuno Mitsuhiko;Kanazawa Tomoki;Kato Kosaku;Yamakata Akira;Nozawa Shunsuke;Ito Tsuyohito;Terashima Kazuo;Maeda Kazuhiko;Tamaki Yusuke;Ishitani Osamu
通讯作者：
Ishitani Osamu

University of Strathclyde(英国)

斯特拉斯克莱德大学（英国）