[スポンサーリンク]

スポットライトリサーチ

光触媒の活性化機構の解明研究

[スポンサーリンク]

 

さて、話題の研究を実際に担当した若手研究者・大学院生等を紹介する「スポットライトリサーチ」。前回に引き続き、第二回目は神戸大学大学院理学研究科化学専攻大西研究室(主宰教授:大西洋先生)の博士課程1年生である、安龍杰さんにお願いしました。

大西研究室では界面反応や光触媒の動作メカニズムを理解するための基礎研究に力を注ぎ、ハイレベルな研究の成果をあげています。また、自らの力で将来を切り開こうとする留学生を受け入れることが、若年人口減少に直面する高等教育機関の責務であると認識し、多くの留学生を受け入れているそうです。今回インタビューを行った安さんも中国の蘭州大学を卒業し、来日から3年半で「光触媒を活性化するメカニズムの一端を解明」するという成果をあげています。

 

“Electron−Hole Recombination Controlled by Metal Doping Sites in NaTaO3 Photocatalysts”

An, L.; Onishi, H.; ACS Catal. 2015, 5, 3196. DOI: 10.1021/acscatal.5b00484

 

今回はプレスリリースのきっかけとなった上記の論文についてお話をうかがいました。それでは御覧ください。

 

Q1. 本研究はどんな研究ですか?簡単に説明してください

「 NaTaO3光触媒のAとBサイトへのSrドーパントの置換位置と光触媒活性をコントロールすると思われる励起電子-正孔再結合速度との関係に関する研究」(図1)です。

SrドープNaTaO3光触媒は今まで開発された光触媒の中でも水分解量子効率が一番高いレベルに入りました。

ところが、Srをドーピングすることによる電子-正孔再結合の抑制メカニズムははっきりしませんでした。今回、主にラマン分光法によるSrのBサイトドーピングの定性定量分析と紫外線励起赤外吸収分光法による励起電子の数の定量分析を組み合わせ、Srの置換サイトと電子-正孔再結合速度の関係を見つけました。活性変化を構造変化に繋げることにより、今後さらなる高活性光触媒の戦略的なデザインに貢献できれば、と期待しています。

図1 固相法(SSM)と水熱法(HTM)によるSrドープNaTaO3の電子-正孔再結合速度

図1 固相法(SSM)と水熱法(HTM)によるSrドープNaTaO3の電子-正孔再結合速度

 

Q2. 本研究テーマについて、工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください

ラマン分光法でSrのBサイト置換を分析できたのは偶然でした

そもそもSrはNaTaO3のAサイトに入ると思ったのが主流の考え方でした。しかし、図2に示したように、Srを1.8 mol%ドープしたNaTaO3のラマンスペクトルから見られる860 cm-1のピークは確認の上Bサイトに入るSrによって対称性が崩れて現れたTaO6八面対の伸縮振動でした。Naと原子半径が変わらないSrが自分の半径の半分しか持たないTaの方を置換できたというのは全く理解できなかったのですが、その反面面白いとも思いました。「本当にBサイトに入るかな」と考えながら様々な合成を行ったのが今回の研究の始まりでした。

後で考えてみると100回も合成を行ったと覚えていますが、当時は毎日興奮状態だったので全然疲れを感じなかったですし、逆に体重も5kg増えました。

2015-09-24_10-34-11

図2 ラマンスペクトル: Bサイト置換信号

 

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか?またそれをどのように乗り越えましたか?

このテーマの難しかったところはラマン分光法で確認した860 cm-1バンドが本当にBサイトに入るSrによるものなのかを証明することでした。

ラマン分光法でNaTaO3光触媒のドーパントの置換サイトを確認すると研究は今までなかったのでデータベースが少なかったのです。それで、NaTaO3のAサイトにしか入らないと思われるK(K+は+1の電荷を持つため、Bサイトに入ると電荷バランスが崩れる)とBサイトに入れると思われるCa、BaとLa(それぞれ+2と+3の電荷を持ち、AとBサイトに同時に置換すると電荷バランスが保たれる)などを別々にドーピングし、前者には860 cm-1バンドがないのに対し後者はあるという結果を確認しました。

それに加えて、大きいSrが小さいTaを置換すると単位格子が膨張するという考えに基づいてXRDでその膨張を確認しました。

 

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

非常に興味を持っているエネルギー分野に化学の知識を用いて貢献したいです。効率のクリーンエネルギーが発達すれば、テクノロジー発展が更に加速されると思います。夢みたいな未来を早く見たいという憧れを持ち、皆のためももちろんのことですが、私の個人的なメリットも考慮しつつ、自分がもつ全ての脳細胞を励起状態まで上げて、クリーンエネルギー分野を促進したいです。

 

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

「問題解決を楽しむ」ことです。大げさな言い方かもしれませんが、人類の発展は当時に抱えている問題を解決する事で実現されたと個人的に思います。私は、現在皆が抱えている問題を解決できたらいいなという考え方から、エネルギー分野に関わる光触媒研究に興味を持つ事になりました。

もちろん、興味を持てばどんな事でも想像以上の力を発揮できると思いますが、ある事に興味を持つために必要なものは「問題を発見し、それを解決したい」という気持ちだと思います。「なぜ皆この問題を解決しないのかな?」と楽しみながら、私たちがやってしまいましょう!

 

関連リンク

 

研究者の略歴

2015-09-25_02-41-18安 龍杰

所属:神戸大学大学院理学研究科 大西研究室 博士課程1年

テーマ:光触媒を活性化するメカニズムの解明研究

略歴:1988年中国・吉林省生まれ。2011年中国蘭州大学理学部卒業後、2012年4月神戸大学理学研究科に研究生として留学、2012年10月修士課程に入学(2014年修士学位取得)、2014年10月博士課程に進学。2013年表面科学学術講演会講演奨励賞(スチューデント部門)、2014年CSJ化学フェスタ2014優秀ポスター発表賞。

 

Avatar photo

webmaster

投稿者の記事一覧

Chem-Station代表。早稲田大学理工学術院教授。専門は有機化学。主に有機合成化学。分子レベルでモノを自由自在につくる、最小の構造物設計の匠となるため分子設計化学を確立したいと考えている。趣味は旅行(日本は全県制覇、海外はまだ20カ国ほど)、ドライブ、そしてすべての化学情報をインターネットで発信できるポータルサイトを作ること。

関連記事

  1. 化学コミュニケーション賞2024、候補者募集中!
  2. 英語発表に”慣れる”工夫を―『ハイブリッ…
  3. 第100回有機合成シンポジウム記念特別講演会に行ってきました
  4. 第3回「Matlantis User Conference」
  5. 2011年イグノーベル賞決定!「わさび警報装置」
  6. 汝ペーハーと読むなかれ
  7. ReadCubeを使い倒す!(2)~新着論文チェックにもRead…
  8. 電子実験ノートもクラウドの時代? Accelrys Notebo…

注目情報

ピックアップ記事

  1. ジャン=マリー・レーン Jean-Marie Lehn
  2. 構造式を美しく書くために【準備編】
  3. ファラデーのつくった世界!:−ロウソクの科学が歴史を変えた
  4. 有機合成化学協会誌2022年3月号:トリフリル基・固相多点担持ホスフィン・触媒的アリル化・スルホニル基・荷電π電子系/ 菅 敏幸 先生追悼
  5. 第13回 次世代につながる新たな「知」を創造するー相田卓三教授
  6. 共有結合で標的タンパク質を高選択的に機能阻害する新しいドラッグデザイン
  7. 1,3-ジチアン 1,3-Dithiane
  8. リチウムイオン電池の特許動向から見た今後の開発と展望【終了】
  9. 2009年5月人気化学書籍ランキング
  10. 有機EL organic electroluminescence

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2015年9月
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
282930  

注目情報

最新記事

理研の研究者が考える未来のバイオ技術とは?

bergです。昨今、環境問題や資源問題の関心の高まりから人工酵素や微生物を利用した化学合成やバイオテ…

水を含み湿度に応答するラメラ構造ポリマー材料の開発

第651回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院工学研究科(大内研究室)の堀池優貴 さんにお願い…

第57回有機金属若手の会 夏の学校

案内:今年度も、有機金属若手の会夏の学校を2泊3日の合宿形式で開催します。有機金…

高用量ビタミンB12がALSに治療効果を発揮する。しかし流通問題も。

2024年11月20日、エーザイ株式会社は、筋萎縮性側索硬化症用剤「ロゼバラミン…

第23回次世代を担う有機化学シンポジウム

「若手研究者が口頭発表する機会や自由闊達にディスカッションする場を増やし、若手の研究活動をエンカレッ…

ペロブスカイト太陽電池開発におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用

持続可能な社会の実現に向けて、太陽電池は太陽光発電における中心的な要素として注目…

有機合成化学協会誌2025年3月号:チェーンウォーキング・カルコゲン結合・有機電解反応・ロタキサン・配位重合

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2025年3月号がオンラインで公開されています!…

CIPイノベーション共創プログラム「未来の医療を支えるバイオベンチャーの新たな戦略」

日本化学会第105春季年会(2025)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「未来の医療…

OIST Science Challenge 2025 に参加しました

2025年3月15日から22日にかけて沖縄科学技術大学院大学 (OIST) にて開催された Scie…

ペーパークラフトで MOFをつくる

第650回のスポットライトリサーチには、化学コミュニケーション賞2024を受賞された、岡山理科大学 …

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー