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ＤＡＴＥ
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ＴＩＴＬＥ
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SUMMARY
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05/Dec/2011
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高分解効率
可視光応答型光触媒複合体
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＜可視光応答型光触媒複合体＞
技術概要：可視光応答型光触媒としては、ナフィオン膜、即ちパーフルオロスルホン酸又はその塩／ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）の共重合体（１～１５０μｍ程度）に、無金属フタロシアニン（５～２０ｎｍ程度）及びペリレン（５～２０ｎｍ程度）がこの順で積層されたものが用いられる。可視光応答型光触媒複合体１は、可視光応答型光触媒２を複数枚積み重ねたものである。可視光応答型光触媒２を積み重ねる枚数は、積層されるｐ型有機半導体及びｎ型有機半導体の厚み、使用される光強度等に応じて、その内部まで光が到達する枚数とする。可視光応答型光触媒２の膜間にスペーサー３を入れることにより、各可視光応答型光触媒２の間隔ｄの制御を簡単に行うことができる。
展開可能なシーズ：被処理物の分解効率が高い可視光応答型光触媒複合体、この可視光応答型光触媒複合体を用いた水処理装置及び水処理方法を提供する。可視光応答型光触媒複合体は、吸着材層にｐ型有機半導体及びｎ型有機半導体を積層させた可視光応答型光触媒を複数枚積み重ねているので、光照射面積を一定にしつつ被処理水の光触媒面への接触面積を広くできる。少ない光照射面積で、大量の被処理水を光触媒的に処理できる。可視光応答型光触媒複合体と光源とを備えた水処理装置を用いれば、可視光応答型光触媒複合体に光を照射しながら、各可視光応答型光触媒膜の間に被処理水を流すことにより、被処理水に含まれる被処理物を効率よく分解することができる。
＊大阪大学・弘前大学／科学技術振興機構
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28/Nov/11
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世界最高の水素発生効率を達成
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＜独自開発のカーボンナノチューブ光触媒を用いた可視光による水の光分解で世界最高の水素発生効率を達成＞
問い合わせ：岡山大学 大学院環境学研究科・高口
豊
（電話番号）086-251-8903 （FAX番号）086-251-8903
水素は、究極の無公害エネルギーと位置づけられています。もし、太陽光と水から水素を大規模に生産できれば、理想的な再生可能エネルギーシステムの構築が可能です。そうした夢の技術を開発する上で、もっとも重要なのが、水を水素へと変換するのに用いる光触媒です。私たちの研究グループは、カーボンナノチューブを光触媒として利用するための材料融合技術を開発し、ナノメートルスケールの構造が制御された全く新しい同軸ケーブル構造を持つカーボンナノチューブ光触媒合成しました。この光触媒を用いると、可視光（波長450
nm）照射下での水の光分解による水素発生効率が31％というこれまで知られているなかで最高の値を達成することができます。工業化に必要な条件と考えられてきた30％を超える効率を達成したことで、今後、カーボンナノチューブの工業利用と水素製造の実用化研究に弾みがつくと考えられます。
＊岡山大学
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07/Nov/11
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ペロブスカイト型誘電体酸化物還元相光触媒
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＜ペロブスカイト型誘電体酸化物還元相光触媒とその製造方法＞
公開番号：特開2008-012472
出願人：国立大学法人 大分大学
【課題】これまで，絶縁体材料で導電性がなく，半導体的性質を示さなかった材料において，新たに半導体化を試み，これまでに本材料で報告されていなかった，新たな光触媒とその製造方法を提供する。
【解決手段】酸素欠陥を有する還元状態のペロブスカイト型構造を有する金属酸化物（ABO3-x）であることを特徴とするペロブスカイト型誘電体酸化物還元相光触媒。及びペロブスカイト型構造を有する金属酸化物と炭素前駆体を混合し、不活性ガス雰囲気下で焼成して該金属酸化物に酸素欠陥与え還元状態にすることを特徴とするペロブスカイト型誘電体酸化物還元相光触媒の製造方法。
従来技術、競合技術の概要
環境問題の深刻化に伴い，その対策のための環境浄化，汚染物質を検出する分析手法など様々な研究がなされている．浄化の手法として光触媒は，紫外光などの光を照射するだけで強力な酸化力を有した活性な酸素種
(O2-，OHラジカル)
を発生し，それらが各種の有機物を二酸化炭素や水まで分解する可能性を有すことから，大気浄化や浄水などに幅広く利用されている．そして近年，その高効率化，実用化への研究開発がすすめられている．申請者は，これまで，酸化チタン
(TiO2)
に炭素を被覆することにより，表面の多孔質炭素上に分解対象物を吸着させ，それが濃縮されることにより分解効率が高くなるといった研究結果を報告してきた．また，炭素前駆体であるポリビニルアルコール
(PVA)
と混合焼成することにより，炭素被覆と共に酸化チタンの還元相を合成し，それが可視光でも光触媒能を発現することも報告してきた．この結果から，還元剤となる材料と酸化チタンを共に焼成することで，酸素欠陥が導入され還元相を有する酸化チタン光触媒が得られることを明らかとした．強誘電体であるチタン酸バリウム
(BaTiO3)
は，高い比誘電率を有し，積層セラミックコンデンサ等の電子部品に多量に用いられている．また，この材料は容易に半導体化させうることから，サーミスタといった電子部品にも利用されている．このチタン酸バリウムを用いたセラミックコンデンサは，電子機器への多量使用に伴う製造量増加により，製造工程でのシート成形後の余剰品が多量に排出することとなり，それが埋め立て廃棄物として処理されている．この廃棄物として処理されているチタン酸バリウムが，容易に半導体化できることから，還元剤と共に焼成することにより，チタン酸バリウムに酸素欠陥を導入し半導体化させ，バンドギャップエネルギーを下げることにより還元相BaTiO3を合成し，それが光触媒能を発現することが可能であると考えた．酸化チタン光触媒としては，アナターゼ相，あるいはルチル相，あるいは両者の混合相を有するTiO2が，バンドギャップが小さくその光触媒能が大きいことが報告され，使用されている．また，その光触媒能の向上のために，N(チッ素)，S(硫黄)を酸化チタンにドープした材料についても，合成が報告され，ドープによる光触媒能の効果が向上することが報告されている．しかしながら，ドープにはイオン注入などの大型の装置を必要とし高額になること，また，必ずしも注入したことにより，光触媒能が，倍以上に向上するまでには至っていない．この他にも，硫化物系の材料として硫化亜鉛（ZnS），硫化カドミウム（CdS）が良好な光触媒能を有することが報告されているが，水に溶けやすい為，実用に至っていない．この他にもパイロクロア系金属酸化物として，パイロクロア系の酸化物としてCe2Ti2O7（酸化セリウム）の光触媒能についても近年報告がなされている．しかしながら，合成された試料単独での光触媒能は特に発現されず，Ce2Ti2O7を酸化させ，他の半導体試料と組み合わせることにより，初めて光触媒機能を発現させるなど必ずしも，優れた光触媒機能を有していない．
産業上の利用分野：本発明は，紫外あるいは，可視光照射の下で，光触媒機能を発現するペロブスカイト型誘電体酸化物還元相光触媒とその製造方法に関するものである．材料種としては，ABO3型の結晶構造を有するペロブスカイト型構造，それに類する構造を有する酸化物を基本構造として，その材料を半導体化することで，光触媒機能を付与した．光触媒機能を有する材料は，有害排気ガス，あるいは環境汚染水の分解による環境浄化に関し用いられる．
＊大分大学／科学技術振興機構
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31/Oct/11
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鮮度保持技術
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＜LED光触媒酸化作用を用いた果実の汎用型鮮度保持技術の開発研究＞
所属氏名等 工学部 電気電子工学科 助教 川上烈生
研究シーズ概要
一般に，生鮮食品（特に果実）は収穫期間が短く，流通量により価格変動を受けやすい特徴があります．このような背景を基に，鮮度保持技術は価格の安定化や収穫から消費までの品質鮮度保証といった我が国の食の安全性を保障する一つの技術として期待されています．しかしながら，巨大で高額なCA（Controlled
Atmosphere）貯蔵技術を利用し採算の見合う一部の高級果実しか適用されていない，というのが現状です．
応用範囲／今後の展望
現状においては果実を中心に開発研究を行っていますが，原理的には生鮮食品全般（魚肉類等）へ応用することも期待できます．また，LEDや光触媒テクノロジーの性能・機能が向上すれば，加速度的な技術の発展性が期待できます．更には，これのような技術を通じて，エレクトロニクス分野と食分野の融合が深まり，新たな産業創出の可能性も期待できます．本研究は，こうした課題の解決技術として，LEDと光触媒テクノロジーを融合した最先端エレクトロニクスに注目し，制御性の優れた生鮮食品の汎用型鮮度保持技術の開発研究を行っています．LED光触媒反応により生成されるフリーラジカルによる有機系腐臭性ガス（エチレンなど）を完全分解すると供に殺菌効果が期待できる点（シナジー効果）が現存技術よりも優れています．
＊徳島大学
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24/Oct/11
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基材分解制御
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＜新奇コア-シェル型光触媒の合成と機能＞
大阪大学・太陽エネルギー化学研究センター・准教授 池田
茂
大阪大学・太陽エネルギー化学研究センター・技術職員 原田
隆史
研究概要
空気中などの酸素が存在する条件で酸化チタン(TiO_2)粉末に光を照射すると、その光触媒作用によって、TiO_2表面に吸着した有機化合物が酸化される。このTiO_2による非選択的な光触媒酸化反応は、有害な有機物質の分解、除去のための利用がすすめられている。その一方で、有機素材と組み合わせて用いる場合には、TiO_2の光触媒作用によって素材そのものを劣化させるデメリットもある。われわれは、TiO_2微粒子を多孔性シリカなどの中空状粒子内に閉じ込めたコアーシェル構造とすることで、元のTiO_2がもつ反応性と、分解対象となる物質だけが選択的に反応する分子サイズ選択性の両機能をもつ光触媒材料となることを見いだした。また、シリカシェル部の厚さ、中空部分のサイズなどを精密に制御したコアー中空シェル構造の作製と、これらの気相系光触媒反応における活性評価を中心に検討を行った結果、反応系によっては、中空構造を持たせることで炭酸ガスへの完全酸化反応が促進されることを明らかにしてきた。
本年度は、中空構造による完全酸化促進効果について詳しく検討した。いくつかの反応結果を解析したところ、反応中間体が中空部分の濃縮効果されることでコアのTiO_2表面への衝突頻度が増大する結果、完全酸化反応が促進されるとの解釈を得た。光触媒コアと中空シェルとの協奏的な作用による活性促進が達成されたといえる。また、希薄な有害物が分解対象となる実用途においても有効な光触媒となると期待される。
＊大阪大学
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17/Oct/11
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農薬の分解
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＜白金担持酸化チタンによるジウロンの光触媒分解＞
(三重大院工)○佐田真希・勝又英之・金子聡・鈴木透・太田清久
Photocatalytic degradation of diuron by Pt-TiO2
(Mie Univ.) SADA, Maki; KATSUMATA, Hideyuki;
KANECO, Satoshi;SUZUKI, Tohru; OHTA, Kiyohisa
1．序論
近年、農薬による環境汚染が深刻な問題となっているため分解・除去技術の開発が求められている。その方法の一つとして、酸化チタンを用いた農薬の分解法がある。しかし、農薬の完全な無機化には長い時間を必要とする。そこで、本研究では酸化チタンに白金を担持することによって、より迅速に農薬を分解することを目的とした。
2．実験
①白金担持酸化チタン(Pt-TiO2)の生成法
H2Oに、ヘキサクロロ塩化白金酸六水和物を溶解させた。このとき、白金の担持量を0.1‐2.0
%とした。その水溶液にTiO2 (500 ℃で4
時間焼成したもの)
を添加した。次に、次亜リン酸水溶液を添加し、90
℃で1
時間加熱処理を行った。加熱処理後、冷却してからろ過、洗浄し、110
℃で一昼夜乾燥した。その後、粉砕し、110‐700℃で5
時間焼成した。
②光照射
10 ppmのジウロン溶液30 mlにPt-TiO2を25
mg加え、暗所で5
分間撹拌させた後、キセノンランプにより光照射を行った。反応温度
20±1℃、光強度 2.0
mW/cm2とした。また、紫外線をカットしTiO2とPt-TiO2の分解を比較した。反応後、溶液を濾過し、ジウロンの濃度を高速液体クロマトグラフィーによって測定した。また、全有機炭素(TOC)と無機イオンの測定も行った。
3．結果と考察
白金担持量が増加すると共に分解率は増加し、0.2
%以上では分解率は減少した。また、焼成温度の増加に伴って分解率は増加した。これらの結果から、白金担持量0.2
%、焼成温度700℃を最適条件とし、Pt-TiO2を生成した。このPt-TiO2を用いてジウロンを分解したところ、光照射時間の増加と共に分解率は増加し、20
分で100
%に達した。擬一次分解速度をTiO2と比較すると約4
倍であった。また、紫外線をカットしたところTiO2ではジウロンを分解することはできなかったが、Pt-TiO2は約20
%分解することができた。このことから、Pt-TiO2は可視光応答していると考えられる。また、無機イオンは光照射時間の増加と共に増加した。
＊三重大学
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10/Oct/11
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人工光合成
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＜Si半導体が光合成を行う'人工葉'開発、太陽光で電流を発生し触媒が水分子を気体に分解、燃料電池に蓄える＞
MITの画期的な発明、"人工葉(artificial
leaf)"、それは、太陽光だけから、酸素と水素を作り出す素材。可動部分がないし、特定の形状やサイズもない。その'葉'は半導体のシリコンで、表面にコバルト製の特殊な触媒が塗ってある。2008年にDaniel
Noceraのプロジェクトで発明され、裏面はニッケル/モリブデン/亜鉛の合金。太陽光がシリコン内に電流を作り出し、触媒が水の分子をH2とO2の気体に分解する。その気体は、'葉'の裏面から泡になって出る。その気体を燃料電池に蓄えて、エネルギーと純水の産出に利用することもできる。Noceraらの研究者はSun
Catalytixという会社を作って独立し、人工葉の研究、応用、マーケティングを行っていく。昨年はTataなどの投資家から$9.5M（950万ドル）を調達した。本物の葉っぱのような大きさは、人間にとって分かりやすいが、実はもっと顕微鏡的なサイズにもできるし、逆に巨大にもできる。いろんなユースケースの可能性を調べることが重要だが、それを今Sun
Catalytixがやっている。また、副産物として出る余剰プロトンをどうするのか、という問題もある。同社は、この'素材'が家庭や地域社会のエネルギー源になり、余剰分の気体はタンクに保存して売れる、または緊急時に使える、と考えている。
＊ＭＩＴ
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10/Oct/11
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光にて電子伝達を担う反応中間体の人工的生成
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＜たんぱく質のエネルギー変換機構を解明-新エネルギー源として期待、植物の光合成やDNA修復などのメカニズム＞
静岡大学 理学部の小堀康博
准教授らの研究チームは、たんぱく質に光照射をした直後に生まれる中間体分子の正確な位置や向きを決定し、光エネルギー変換の仕組みを明らかにしたことを発表した。同成果は米国化学会誌「Journal
of the American Chemical
Society」(オンライン版)で公開された。植物の光合成やDNA修復などのさまざまな生命活動では、たんぱく質は光を利用して電子伝達を行う中間体分子を効率よく生み出し、エネルギー生産へとつなぐ重要な役割を持っている。この際に生成される中間体分子は不対電子を持つ不安定な状態となっており、DNA修復酵素では、たんぱく質に結合した芳香族分子が光を吸収するとアミノ酸残基(たんぱく質などの構成成分となっている単体のアミノ酸)であるトリプトファンの電子1個を引き抜き、不対電子を持った中間体の対として電荷分離状態を生成する。動物や植物などが高い効率でエネルギー変換を行うために、たんぱく質は光照射直後に生成した中間体分子の位置や方向を操り、もとの安定な分子に戻る反応が起こらないようにしていると考えられているが、たんぱく質中の電子雲の性質が分子およびアミノ酸残基の位置や向きによってどのような影響を受け、反応性にどのように寄与するかについての解明は進んでおらず、たんぱく質による光エネルギー変換の起源は現在も多くが謎のままであった。小堀准教授らの研究チームは、電子スピン共鳴法を用いた電子雲の重なりによって生じる交換相互作用の解析手法および、中間体の磁気的な性質による精密な立体構造の解析手法の開発を行ってきており、これまでのうちに電荷分離状態の立体構造と電子雲の重なりの解析が可能となり、たんぱく質による光エネルギー変換の起源を実験的に明らかにする可能性を示していた。今回の研究では、ヒトの血液中に豊富に含まれる薬物輸送たんぱく質であるヒト血清アルブミンと低分子化合物のアントラキノン誘導体(AQ1S-)との複合体試料を作製し、光によって電子伝達を担う反応中間体を人工的に効率よく生成させることに成功した。芳香族分子などの薬物はたんぱく質のある特定の領域に入り込んでおり、この系の反応中間体を直接観測するために、ナノ秒の幅を持つパルスレーザーをたんぱく質複合体試料に照射し、照射後1μs後の電子スピン共鳴スペクトルを観測した。従来でも、たんぱく質において互いに離れた位置関係にある不対電子間の距離や分子の向きを決定することはできたが、光照射直後の初期段階に近距離で生じた電荷分離状態において、中間体分子の位置や向きおよび、電子雲の重なりまでを正確に測定することはできなかった。今回の研究では入射レーザーの偏光方向Lの効果を観測し、量子論による解析を行うことによりたんぱく質内部における電子伝達分子の空間的な位置や向き、および電子雲の重なりの大きさを明らかにすることに成功した。この結果、直交した中間体分子対の立体配置が電子雲の重なりを大きく抑制し、もとの安定な分子に戻らないようにすることによって効率よく光エネルギー変換を起こす様子を捉えることに成功。研究チームでは、こうした電子伝達機能に対する分子立体配置の効果を観測する実験・解析手法の確立が、多様な生体機能の起源解明や次世代エネルギー変換システムの構築に向けた重要な一歩になるとの考えを示す。そのため今後は、光合成を始めとするさまざまなたんぱく質について光エネルギー変換の根源的な機構解明が進む可能性が高く、将来的には以下の様な応用につながることが期待されるという。なお、今回使用したヒトたんぱく質複合体では、もとの安定な分子に戻る速度が非常に遅いという測定結果から、吸収した光子あたりの収率で見ると、光エネルギー変換効率はほぼ100%であり、これは光合成たんぱく質に匹敵する高い効率であるといえることから、今回のヒトたんぱく質が、植物の光合成と同程度のエネルギー生産源として機能する可能性は十分に見込まれるという。また、同様な機能を持つほかのたんぱく質へ今回の手法を応用することで、さらに効率のよいエネルギーの創出に結びつくことも期待できるという。
＊静岡大学
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25/Sep/11
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超音波キャビテーションによる分解能解明
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＜単泡性ソノルミネッセンスによる酸化チタン光触媒の励起と水中有害物質の分解＞
大阪大学・大学院・基礎工学研究科・助教授 荻
博次
大阪大学・大学院・基礎工学研究科・助手 市坪
哲
研究概要（最新報告）
本研究では超音波キャビテーションによる水中有害有機物質の分解のための装置開発およびキャビテーションによる分解能力の性質を解明することを主目的とした.平成15年度においては,溶液中の残存気体がキャビテーション分解法の分解効率に及ぼす影響を系統的に調べた.前年度の結果から,分解効率が水中に含まれる気体の種類と濃度によって顕著に異なることが示唆された.そこで,プェノールとメチレンブルーに対して,(i)脱気を行わない溶液中,(ii)透過膜モジュールを用いて完全に脱気を行った溶液中、(iii)脱気後,アルゴンを飽和させた溶液中,(iv)脱気後,ヘリウムを飽和させた溶液中,の4種類の溶液中で分解実験を行い,その効率を比較した.それぞれ10ppmの濃度からスタートし,超音波照射とともにこれらの濃度の変化を分光器によって測定した.フェノールに関しては,(i)がもっとも高い効率を示し,(ii)がもっとも低い効率を示した.メチレンブルーに関しては,(iii)がもっとも高い効率を示し,(ii)がもっとも低い効率を示した.フェノールに比べてメチレンブルーは揮発性が高く,主にキャビテーション内部に気化した状態で分解が進むと思われる.そのため,キャビテーション気泡内に熱伝導率の低いアルゴンが含まれる場合、断熱圧縮効果が高まり,気泡内の温度上昇が顕著となり,分解効率が増加したと推測された.また,キャビテーション気泡の数は残存気体核の数に依存するために,脱気された溶液ではキャビテーション数が優位に少なく,分解効率が減少したと考えられる.このように,系統的にキャビテーションによる分解特性を調べたことにより,その性質が明らかとなった.。
＊大阪大学
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19/Sep/11
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講演会
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＜シングルサイト光触媒の設計と応用＞
日時：2011年9月30日（金） 16：00?17：00
場所：琉球大学理系複合棟202教室
講演者：大阪大学大学院工学研究科
マテリアル生産科学専攻 教授 山下 弘巳
先生
演題：「シングルサイト光触媒の設計と応用」
ゼオライトやメソポーラスシリカなどの多孔体を利用することで光触媒活性種を孤立状態で組み込むことができる。これらの"シングルサイト光触媒"は、従来の半導体光触媒とは異なった局所構造を有し、ユニークな反応性を示す。「シングルサイト光触媒の設計と応用」を中心にして、ナノ構造制御した触媒・光触媒の開発を紹介する。
＊琉球大学
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19/Sep/11
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研究紹介
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＜高感度な可視光水分解光触媒の創製＞
山梨大学クリーンエネルギー研究センター・教授 入江
寛
研究実施の概要：次世代のエネルギー資源として水素が注目されている。恒久的に地球上に降り注ぐクリーンな太陽光エネルギーを利用して水から水素が製造可能となれば、環境にやさしいエネルギーサイクルが構築できる。そこで、水分解のための光触媒材料を創製することを目的に検討を行なっている。特に太陽光には多くの可視光が含まれるため、可視光のもと水を完全分解（水素と酸素が２：１で同時に発生）できる光触媒材料を、単一型水分解系（1
光子システム）と協調型水分解系（2
光子システム）の両面から探索している。平成 22
年度は、
(1) 単一型水分解系として Zn(RhxGa1-x)2O4
に注目し、水熱法を用いてナノ高結晶性粒子を合成による高感度化を達成、現在、酸素発生および水素発生助触媒の空間的に分離した担持方法を検討している。
(2) 協調型水分解系として
1.
水素発生を担う光触媒を材料の電子構造の観点から探索し、ZnRh2O4
を見出した。この材料は犠牲剤存在のもと少なくとも可視域すべて（～770
nm まで）の光を利用できることを見出した。
2. 提案の新たな機構に基づく 2
光子システムの発動原理を光電気測定により示した。
3. 報告されている
Z-スキームを改良した元素戦略上有利なシステムの可能性を示した。
＊山梨大学
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19/Sep/11
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研究紹介
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＜二酸化チタン光触媒反応を用いた含金属-EDTA錯体廃液の処理＞
富山大学・工学部・助手 加賀谷 重浩
研究概要（最新報告）
含金属-EDTA錯体廃液の一つである,大学の学生実験「キレ-ト滴定法による水の硬度測定」により発生した廃液の処理に、二酸化チタン光触媒分解法の適用を試みた。強アルカリ性の本廃液には,Zn-EDTA及びCa-EDTAはそれぞれ2.1mM及び1.4mM含まれていたが,Mg-EDTAはほとんど含まれていなかった。本廃液中の錯体,全有機炭素(TOC)及び総亜鉛濃度の減少効率に及ぼす希釈倍率の影響について検討したところ,錯休及びTOCにおいては希釈により効率が低下する傾向を有していたが、亜鉛においては10倍希釈時に減少効率が最大となった。また最適なpH領域は,錯体及びTOCの減少においては酸性,亜鉛の除去においては微酸性付近であった。以上の結果を踏まえ,10倍に希釈した廃液をpH4-5に調節し,二酸化チタンを添加して(0.50mg/ml)高圧水銀灯で光照射したところ,120分間で錯体濃度を90%以上,600分間でTOC及び総亜鉛濃度を75%程度それぞれ減少させることが可能であった。次いで,太陽光を利用した廃液の処理を試みたところ,晴天であれば1日程度の光照射により錯体を95%以上分解できることを認めた。また数日間光照射することによりTOC及び総亜鉛濃度も着実に減少させることが可能であった。光照射後,廃液中粒子の約70%が200cm/h以上の沈降速度を有しており、特別な処理を施さなくても2日間程度の放置により粒子はほぼ完全に沈降した。以上の結果から,二酸化チタン光触媒分解法はキレ-ト滴定廃液の処理に適用可能であると考えられる。また,本法は,操作が簡単である,特別な装置が必要ない、太陽光による処理が可能である,等の利点を有することから,キレ-ト滴定廃液の原点処理法として応用が期待される。
＊富山大学
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12/Sep/11
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太陽光水素製造
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＜先端研究助成基金助成金（最先端・次世代研究開発支援プログラム）実施状況報告書（平成２２年度）＞
研究課題名：
太陽光水素製造を実現する革新的光触媒システムの開発
研究機関・部局・職名：国立大学法人北海道大学・触媒化学研究センター・准教授 氏名
阿部 竜
1. 当該年度の研究目的
平成２２年度は、第１の課題である「可視光下において高い量子収率を実現する光触媒系の開発指針確立と実証」に優先的に取り組む。半導体材料に含まれる「格子欠陥」は、光吸収によって生成した励起電子と正孔の再結合を促進し光触媒活性を低下させると一般的に認識され、比表面積と同等以上に光触媒活性に影響する重要な因子と考えられているが、未だその影響は明確となっていない。そこで、我々がこれまでに開発してきた水素生成および酸素生成用半導体光触媒において、格子欠陥等の物性が光触媒活性に与える影響を検討し、量子収率を向上させるための設計指針確立を目指す。
2. 研究の実施状況
平成２２年度は既存の可視光応答型光触媒系として、水素生成用のタンタルオキシナイトライド（TaON）および酸素生成用の酸化タングステン（WO3）について、格子欠陥等の物性と光触媒活性との相関を主に検討した。これらの光触媒粒子を異なる調製条件で合成し、また白金などの助触媒微粒子を表面に担持させて、その光触媒活性を検討した。その結果、水素生成系、酸素生成系いずれにおいても、格子欠陥量が増加すると、光触媒活性は低下し、結晶中に含まれる格子欠陥が励起電子と正孔の再結合を促進していることが強く示唆された。また、それぞれの光触媒系において、白金（Pt）助触媒の担持方法が光触媒活性に与える影響を詳細に検討したところ、最適な担持状態が異なることが明らかとなった。一般的に、高い光触媒活性を得るために、半導体光触媒粒子表面に励起電子を集めて還元を促進するような、還元助触媒微粒子を担持させる。この際、半導体光触媒粒子の光触媒機能を応用した"光析出法"が広く用いられている。しかし、TaON
にこの手法を用いて Pt を担持させた場合には、Pt
微粒子が TaON
表面の一部に凝集して析出し、その活性が低下することが明らかとなった。そのため、Pt
の前駆体を含浸法によってTaON
表面に高分散に担持させた後に、水素気流下で適切な熱処理を行うことによって、高い水素生成活性が得られることを見出した。いっぽう、酸素生成用の
WO3 においても、含浸法による Pt
担持がより高い活性を与えることが明らかとなったが、この際には含浸後に空気中において適切な温度で処理し、表面部分を酸化させるによって高い酸素生成活性が発現することを見出した。
＊北海道大学
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05/Sep/11
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シンポジウム
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＜第2回局所構造制御研究センターシンポジウム＞
日時：2011年10月7日13:00～17:20
場所：豊田工業大学8号棟3階大講義室 愛知県名古屋市天白区久方2-12-1
概要：豊田工業大学では、下記研究センターの成果を広く公開することを目的に、シンポジウムを開催致します。各研究センターの研究成果発表とポスターセッションに加え、著名な先生方もお招きし、ご講演いただきますので、多くの方々にご参加いただきたく存じます。
研究報告および招待講演
◎学内研究報告
「ニッケル触媒からのナノカーボンの合成」
教授 吉村雅満
「太陽電池用結晶における欠陥制御」
准教授 大下祥雄
「スピントルクを利用した全固体磁気メモリ及びロジックに関する研究」
教授 粟野博之
「可視光型光触媒のキャリアーダイナミクス」 准教授 山方 啓
「局所構造の作製・評価と電子物性」
教授 神谷 格
◎招待講演（予定）
「ナノカーボン材料の科学と産業応用」 飯島澄男
氏（名城大学・教授）
「太陽光で水を分解する光触媒開発の現状と展望」 堂免一成
氏（東京大学・教授）
お申込方法：URLからお申込下さい。 申込期限：2011年9月30日
問い合せ先：豊田工業大学 研究支援部研究協力グループ 担当者 芹澤
TEL052-809-1723 FAX052-809-1721 E-mail sympo(ａｔ)toyota-ti.ac.jp
＊豊田工業大学
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29/Aug/11
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特許ライセンス
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＜光触媒、光触媒機能性部材、及び水素の製造方法＞
国内特許コード：P110004801
出願番号：特願2008-115874 公開番号：特開2009-262071
発明者：加藤
知香 出願人：国立大学法人静岡大学
発明の名称：光触媒、光触媒機能性部材、及び水素の製造方法
発明の概要
【課題】可視光（特に、波長４００ｎｍ～８００ｎｍの光）の照射により、高い効率で水から水素を発生させることができる光触媒及び水素の製造方法を提供する。
【解決手段】酸化チタンと、４価のレニウムを含むレニウム化合物と、を含む光触媒を使用し、レニウム化合物が、ヘキサクロロレニウム（ＩＶ）酸イオン（［ＲｅＩＶＣｌ６］２－）を含み、また、酸化チタンが、カチオン性の有機シランカップリング剤によって予め処理されている光触媒を使用する。
従来技術、競合技術の概要
近年、酸化チタンが示す光触媒作用は、防臭、抗菌、防汚等さまざまな環境浄化技術に応用されている。光触媒として一般に用いられるアナターゼ型酸化チタンのバンドギャップは約３．２ｅＶであり、波長約３８０ｎｍより短波長の紫外線を受けて反応が進行する。従って、その光触媒機能を発揮するためには紫外線の照射が必要になり、設置環境、用途などが限定されるという問題点があった。光触媒のエネルギー源として太陽光線や室内光に多く存在する可視光が利用可能になれば、反応活性が強化され、さまざまな場所での光触媒の利用が可能となる。そこで、可視光の照射により光触媒機能を発揮する材料の開発が進められている。一方、近年では、化石燃料の枯渇や地球温暖化などの環境・エネルギー問題への取り組みとして、水を原料とした水素製造技術に関する検討が行われている。１９７２年に酸化チタンを光触媒に用いることで紫外光照射により水から水素が発生することが報告されて以来、太陽光（特に可視光）による水の分解反応に対する様々な触媒材料が検討されている。例えば、可視光の照射により光触媒機能を発揮する光触媒として、５価のレニウムを含むヘテロポリ酸塩を酸化チタンに担持させた光触媒が知られている。この光触媒によれば、可視光の照射により有機物を分解できる他、可視光の照射により水を水素と酸素とに分解できる。
＊静岡大学／J-STORE
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15/Aug/11
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研究紹介
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＜研究では、酸化触媒作用が発生する触媒部位の新しいタイプに光を投げかけて＞
Published on August 5, 2011 at 8:47 AM ? No
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触媒を言及し、ほとんどの人は、触媒コンバータ、汚染を減少させる自動車の排気システムで排出ガス制御装置と考えるでしょう。しかし、触媒は燃料に石油、再生可能資源の変換だけでなく、プラスチック、肥料、塗料、溶剤、医薬品、より多くの生産を含む、目的の幅広いさまざまな用途に使用されています。米国の国内総生産の約20％が日常生活のための製品を作成するために必要な化学反応を促進する触媒に依存する。触媒はそれ自体がプロセスに変更になることなく、所望の化学反応を活性化する材料である。これは、彼らが容易に劣化しないと彼らはインスピレーションの化学反応で消費されていないため、触媒を連続して使用することができます。化学者はずっと前に発見され、多くの触媒を改良し、彼らが働くことによってメカニズムの詳細は、しばしば理解されていないものの、そうし続ける。酸化触媒は、プロセスの内部の仕組みに新たな光を流し、発生する触媒部位の新しいタイプの初めてバージニア州の詳細の大学で新しい共同研究。ジョンイエーツ、アート＆サイエンスの大学や大学院で化学の教授、そしてマシューNeurock、工学応用科学の学校で化学工学の教授によって行われた研究は、8月5日号に掲載される科学ジャーナルの。イエーツは、酸化触媒作用は、技術的なアプリケーションの数に重要なので発見は、材料の潜在的に広い範囲で触媒作用を理解するための意味を有する。"我々は今、私たちは、原子レベルでの触媒作用を研究することができるような計算化学などの分光などの実験的なツール、および理論的なツール、、両方を持っている、"と彼は言った。
"我々は、で焦点と今まで以上に効率的にそのスイートスポットを見つけることができます。私たちはこの発見で見つけたことが触媒反応のすべての種類の触媒を設計するために広く役立つ可能性がある。"U.Va.は、ナノメートルサイズの金粒子を保持している二酸化チタン基板を用いた化学者および化学エンジニアは、金と二酸化チタン基材の境界で触媒として機能する特別なサイトを見つけました。"それは金の原子にとサポートに隣接するチタン原子に酸素分子の結合が必要になるため、サイトが特別である、"イエーツ氏は言う。
"一人で勉強するときに金も二酸化チタンのいずれも、この触媒活性を示す。"理論と組み合わせて分光測定を用いて、イエーツとNeurockチームは、特定の分子の変換に従うと、それらが触媒上に発生した場所を正確に決定することができた。イエーツとNeurockに導かれ、実験と理論的な仕事は、、イザベルグリーン、U.Va.によって実施された博士号を取得化学での候補者、及び文傑唐、化学工学の研究員。彼らは重要な触媒活性は、金粒子とそれらのチタニア担体間の境界領域に形成されたユニークなサイトで発生したことを示した。"二つの異種原子が関与しているので、我々はそれを二重の触媒部位と呼ぶ、"イエーツ氏は言う。彼らは酸素分子は金クラスターのエッジにある金原子とチタニア担体上で近くのチタン原子の両方に化学的に結合し、二酸化炭素を形成するために吸着した一酸化炭素分子と反応することを見た。分光法を用いて、彼らは二重のサイトで一酸化炭素の消費量に従うことができます。"この特定のサイトでは触媒の表面上に酸化反応を生成する酸素分子の活性化を引き起こすために特異的である、"イエーツ氏は言う。
"それは前に同定されていない反応部位の新しいクラスです。"作業は、基礎エネルギー科学のエネルギーのオフィス米国エネルギー省によって資金を供給された。
ソース：
バージニア大学
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08/Aug/11
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研究紹介
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＜太陽光水素製造を実現する革新的光触媒システムの開発＞
氏 名： 阿部竜 機関名： 北海道大学
１．研究の背景
我々人類にとって、地球規模での気候変動に関わる環境・エネルギー問題の解決は、もはや不可避の最重要課題であり、化石資源に代わりうるクリーンエネルギーの開発が必須となっている。地球上に降り注ぐ太陽光のエネルギーは莫大であり、その数％を有効に利用できれば人類の消費エネルギーを賄うことも不可能ではない。また、太陽光をエネルギー変換し、蓄積・移送する際の理想的な媒体の１つとして、水素が注目されている。したがって、無尽蔵な太陽光と安価な半導体光触媒（光を吸収して様々な化学反応を起こす物質）を用いて水を分解し、実用的な効率で水素を製造することが出来れば、エネルギー・環境問題の解決に寄与できる究極の反応となりうる。
２．研究の目標
本研究では、無尽蔵の太陽光を利用して水を分解し、クリーンエネルギーである水素を製造するための革新的な光触媒系の開発を目標とする。特に、実用化に際しての最大の課題である（１）反応効率の飛躍的向上、（２）水素と酸素の分離生成、を克服し、太陽光水素製造の実現可能性を世界に先駆けて示すことを目的とする。
３．研究の特色
光触媒を用いた水の分解は、日本が世界に誇る先端科学技術の１つである。実用的な効率達成のためには太陽光の大部分を占める可視光線の利用が必須であるが、極めて困難であり長年達成されていなかった。当研究者は植物の光合成メカニズムを模倣した光触媒系を開発し、エネルギーの小さな可視光線を用いた水分解に世界で初めて成功した。この光触媒反応系は、水素生成用と酸素生成用の２種類の光触媒を連結したものであり、従来型に比べて長波長の可視光が利用可能であり、またセパレーター等を用いて水素と酸素を分離して生成することが可能であることから、上記の実用化への課題を克服できる大きな可能性を有している。
４．将来的に期待される効果や応用分野
本研究の遂行、および課題の達成により、化石資源に頼らない社会システムの実現に大きく貢献できるととともに、日本独自の科学技術および関連産業を創出することで、大きな経済効果も期待できる。
＊北海道大学
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13/Jun/11
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癌治療材料
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＜がんの治療における伝統的な光触媒の効率化多孔質高分子材料>
Universitat Jaume I (UJI) in
Castell?n理学部癌の治療が光触媒の伝統的な効率を向上させる高分子材料を多孔質が見つかりました。光線力学療法は、放射線（光の形で）が適用されるときに、光触媒は、一重項酸素として知られている反応剤の生産の結果として、これらの細胞を破壊するような方法で、腫瘍細胞に光触媒を導入することで構成されています。サンティアゴルイスは、フランシスコGalindo、宇治で有機無機化学教室の講師、ラケルGavaraの論文の一部であり、研究を指示されます。研究は、光化学+光生物学、光化学の分野で主要なジャーナル1月号の表紙に表示されるように選択されています。"我々は、多孔性高分子材料を発見した、我々はこれらの物質に光を取り入れており、我々は、彼らがより今まで採用されている非多孔質材料よりも効果的であることが示されている"、ルイス氏は説明します。これらの新しい光触媒は、イーストアングリア大学、イギリスの大学の研究室で培養細胞に適用されていたの宇治の研究室で化学反応を学んだ後、研究の第二段階を行った。それは、メラノーマ細胞は、これらの材料でインキュベートした後、照射がこれらの材料で処理されていない細胞は、処理された細胞を破壊する方法をそのまま残りますが示された。
"これは照射によりこれらの癌細胞の破壊を制御することが重要です。またはランプが点灯しない場合は光反応性ポリマーがある場合、それらは破壊されない
-
これらのものの両方が"癌細胞を破壊すると同時に必要とされ、Galindoは強調しています。今後のステージは、より少なく積極的効率的な治療法を作成するには、新しい光触媒の利点の詳細な研究を行っての究極の目的と、病院との連携により、組織内のテストを実行して参加する。光線力学療法のためのこれらの新しい材料の使用は、特に光の形で放射線を使用してアクセスしやすい皮膚がんの治療に適している。サポートされている反応物質と触媒：本研究では、グループの"持続可能な化学の仕事の行のいずれかの実です。宇治の超分子化学"。超分子化学の概念に基づいて、このグループは、特定の物質の存在を検出するのに役立つセンサを設計することを目的とする。ことが可能光信号は何か特定の存在の結果として見られるようになります蛍光法での作業は、それらがこぼれた物質を導入することができる材料の使用を可能にする作業のこの第二の領域に到達したそれは光触媒として機能します。
"触媒がおり、化学反応を促進する物質である、それが迅速かつ容易に、しかし最も重要なのは、光触媒は、これが光の存在下で発生する物質である"、ルイス氏は説明します。彼らはそれが可能な有機化合物や細菌は、日光や紫外線への暴露を破壊できるようにすることから光触媒は、水処理され、最初のアプリケーションのいずれかで、様々な分野で関心がある。生物医学の分野に翻訳され、それらはtumoural過程で悪性細胞の破壊を可能にする、光線療法に適用されます。より効率的な治療法が将来開発されるようになります光触媒の効率を向上させる材料の発見。
＊Universitat
Jaume I (UJI) in Castell?n／nano.COM
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06/Jun/11
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銀ナノ粒子光触媒金属配線技術
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＜2～3nmの微細な銀ナノ粒子光触媒を自家生成させフレキシブルディスプレイ用金属配線製造技術を開発＞
ヤン・ミニャン教授チーム...低コストで速度は従来の100倍
韓国大徳所在のKAISTは微細な金属配線をフレキシブルディスプレイ用フィルム上に低コストで製造する技術を機械工学科のヤン・ミニャン教授チームが開発したと5月26日に発表した。フレキシブルディスプレイの微細な金属配線の製造には露光、真空蒸着、鍍金などのコストのかかる複雜な方法が?用されてきた。最近ではこれに対してインクジェット、ロールトゥロール(Roll
to
Roll)などのプリント方式が試みられているが、電極に要求される特性である電気伝導性、電極の品質、精密度と生産性やコストなどの条件を満たすのは容易ではなかった。研究チームは高価な金属ナノ粒子インクのかわりに金属原子が溶けている有機物から2～3nmの微細な銀ナノ?子光触媒を自家生成させ、レーザーを使用した光化学反応を誘導して柔軟な金属配線を製造する方法を利用した。またレーザーを?用して固体の状態のパターンを高分子フィルムに転写する方法である「レーザー誘導パターン接着転写法(LIPAT:
Laser Induced Pattern Adhesive
Transfer)」を開発、PET(ポリエステル)などの熱に弱く柔らかいフィルムにも使用できるようにした。研究を主導したヤン・ミニャン教授は「柔軟な金属配線の製造において従来の銀ナノ粒子インクを使用する方法と比較して原価を1/100程度に抑えることができる。また製造速度も最大で100倍以上向上させられる。太陽電池などの次世代フレキシブル電子素子の製造にも画期的な変化をもたらすだろう」と話している。研究結果は光学分野の世界的なジャーナル『Nature
Photonics』誌4月号の「News and
Views」に選ばれ掲載された。韓国国内および国際特許の出願も完了している。
＊KAIST（Korea
Advanced Institute of Science and
Technology）
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30/May/11
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透明TiO2光触媒
トランジスタ
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＜酸化物半導体を活用し電圧で磁気を制御できるトランジスタを開発＞
東京大学
大学院理学系研究科の福村知昭准教授らの研究グループは、光触媒材料で酸化物半導体である透明な酸化チタン(TiO2)を用いて室温において電圧で磁気を制御することに成功したことを明らかにした。同研究は東京大学
大学院工学系研究科付属
量子相エレクトロニクス研究センターの川崎雅司教授(兼
東北大学原子分子材料科学高等研究機構
連携教授)、東北大学
原子分子材料科学高等研究機構、同大学金属材料研究所、東京大学
大学院工学系研究科、ファインセラミックスセンターと共同で行われたもので、これにより今後、窓ガラスなどにも搭載可能な室温で動作する透明な磁気メモリデバイスなどへの応用が期待されるようになる。同成果は、2011年5月27日(米国時間)発行の米国科学雑誌「Science」に掲載される。一般的に半導体は、電子の流れにより情報伝達が行われる。外から電界をかけると電子の数が増減し、電流の流れやすさも変化するといった現象は、電子がマイナスの電荷を持つという性質に起因することによるもの。一方で、電子は電荷以外にスピンと呼ばれる微量の(量子力学的な)磁気モーメントも持つ。これまでは、エレクトロニクスや磁気工学で電荷とスピンを使い分けてきたが、1つの電子に電荷もスピンもあるため、工夫次第で両方を一緒に活用することもでき、例えば、磁場をかけてスピンの向きを揃えると電気抵抗が小さくなるという巨大磁気抵抗効果現象は、現在ではHDDの磁気ビットを読み取る磁気センサに利用されている。また、2007年には磁気抵抗効果を発見したフランスとドイツの研究者にノーベル物理学賞が授与されているが、こうした磁気抵抗効果現象は主に金属の強磁性体で見いだされている。金属の場合、材料の中のスピンや電子の数は一定で、スピンの向きが状況に応じて変わることになるため、どのような条件でも強磁性を保つことができる。一方、半導体エレクトロニクス材料と同じ性質を持つもので半導体に微量の磁性元素を添加することで、強磁性を示す材料として強磁性半導体がある。しかし、半導体はスピンの数が金属と比べて少なく、スピンとスピンが空間的に離れていて相互作用しないため、そのままでは強磁性が生じない。そこで、電流に寄与する電子の量を増やすことで、その電子が局在スピンの間の相互作用を取り持つこととなり、強磁性が生じるようになる。半導体にそのような電子を増やす方法はいろいろあり、例えば、電界効果型トランジスタ構造を利用すると、電子を容易に増やすことができ、その結果、電圧を加えて電子を増やすと強磁性が生じ、電圧を切ると電子が減って強磁性が消えるという、金属の強磁性にはできない現象を引き起こすことができるようになると考えられている。これはコイルに電流を流す電磁石とは異なる原理で、電磁石の場合は導線に電流を流すことで磁場が発生するが、常にジュール熱(=エネルギー)を消費する。一方、電界で強磁性を引き起こす場合は、電界を加えても電流は流れないため、基本的にジュール熱を消費しないという特長がある。強磁性半導体は、電圧を加えると強磁性のオン・オフを行うことができるが、鉄などの強磁性金属やフェライトなどの磁性材料に比べて歴史が浅く、種類も限られており、ほとんどの強磁性半導体では、強磁性になるのは-100℃以下の温度で、室温以上になる材料はごくまれということが、応用への可能性を阻む要因となっていた。今回、研究グループでは、光触媒や透明導電体として知られる酸化チタンに少量のコバルト(Co)を添加した薄膜(コバルト添加酸化チタン)を用いて実験を行った。同材料は、2001年に同研究チームがコンビナトリア法を用いて発見したもので、見た目はほぼ透明で、室温よりはるかに高い温度まで強磁性を示すことが分かっていたものの、電界効果で強磁性を制御できるかどうかが不明であった。もし、室温で強磁性を制御できることが示されれば、強磁性半導体を室温で活用できることとなり、応用への可能性が出てくる。電界効果型トランジスタ構造で電圧を加えるのが通常の手法だが、今回はイオン液体という電解質を用いた電気二重層トランジスタ構造を採用した。パターン加工した薄膜試料に液体を垂らすだけというシンプルな構造ながら、50×106V.cmの電圧を容易に加えることができる特長がある。電気的に強磁性の磁化の強さを測定することができるホール効果を測定手法として用いて、試料に電圧を加えた効果を調べた。その結果、ゲート電圧がゼロの時は磁気ヒステリシスはほとんどなく強磁性になっていない状態だが、ゲート電圧を増やしていくと、電圧が大きくなって電子濃度が増え、強磁性が引き起こされることが確認された。これは、電圧を加えることで、室温で強磁性を生じさせることに成功したことを意味する。この結果は、非磁性の物質を電気的に強磁性の物質に変化させることが可能という成果であり、強磁性体が用いられる磁気メモリに記録された情報に対して、電気的にオン・オフスイッチングなどの操作が可能だ。酸化チタンは、透明で電気を流すことからディスプレイ技術として注目されている透明エレクトロニクスに有望な材料の1つで、今回の技術を活用していくことで今後、窓ガラスなどにも搭載可能な透明な磁気メモリデバイスの実現が期待できるようになると研究グループでは説明している。
＊東京大学・東北大学・ファインセラミックスセンター／マイコミジャーナル
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23/May/11
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化学発光プローブ剤を用いた活性酸素種の定量の方法と反応メカニズムの検証
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＜可視光応答型光触媒の反応メカニズム
ルミノール化学発光による活性種の検出＞
長岡技術科学大学 野坂 芳雄
酸化チタン光触媒は多岐にわたって既に実用化されているが、紫外光にのみ効果があり、エネルギ―効率のよい青色発光ダイオード（LED）を光源に利用する目的で、あるいは室内光で使用するため、高活性な可視光応答型光触媒が求められている。我々は、酸化チタン光触媒の反応機構を調べるために，種々の活性酸素種の検出を行い報告してきた。活性酸素には、酸素や水の酸化や還元で生じる
OHラジカル、スーパーオキサイドラジカル（･O2-）、過酸化水素（H2O2）、一重項酸素があり、これらを,レーザー誘起蛍光法(2)，スピントラップ
ESR(電子スピン共鳴分光)法(3)，フタル酸蛍光プローブ法(4)，ルミノール化学発光法(5)、近赤外燐光観測(6)により研究してきた。また、相補的な情報として，光触媒上に生じるラジカルを低温
ESR を用いて観測してきた。(7)
最近、これらの手法を用いて、可視光応答型光触媒の反応メカニズムを調べているが，本稿では，化学発光プローブ剤を用いた，活性酸素種の定量の方法と反応メカニズムの検証結果について述べる。
＊長岡技術科学大学
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25/Apr/11
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結晶面での電子挙動解析
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＜光触媒の結晶で電子の動き解明 阪大チーム、世界初＞
紫外線が当たると電子の流れが生じ、周囲の有機物を分解する触媒として作用することから空気清浄器のフィルターなどに利用される光触媒「酸化チタン」の結晶について、特定の面に電子が集まりやすい性質があることを大阪大の真嶋哲朗教授（光化学）らの研究チームが発見し１８日、米科学誌電子版に発表した。酸化チタン結晶中の電子の動きが直接観測されたのは世界初。電子が集まりやすい面の表面積を大きくすれば化学反応の速度も増すため、真嶋教授は「機器のコンパクト化や資源の効率的な利用に役立つ可能性がある」と指摘している。
＊2011/04/18
共同通信
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18/Apr/11
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研究紹介
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＜磁気分離複合型光触媒の開発＞
染料排水などの浄化技術として、磁気分離が可能な光触媒の開発を行っています。粉体の触媒は表面積が大きく活性が高いのですが、排水からの回収が困難です。そこで磁気分離による回収を目的とし、磁鉄鉱に活性低下を防ぐガラス層、代表的光触媒である酸化チタン層をコーティングした複合型光触媒を調製し、活性を評価しました。
調製手法：シリカ、酸化チタンをゾル-ゲル法にて磁鉄鉱にコーティングしました。まず、アンモニア水を開始剤としたテトラエトキシシランの加水分解、脱水縮合（①式）により、シリカを磁鉄鉱にコーティングし、ガラス層を構築しました。
Si(C2H5O)4 + 2H2O → SiO2 + 4C2H5 OH … ①
さらに、チタニウムテトライソプロポキシドから加水分解で得た水酸化チタン（②式）に過酸化水素水を作用させたもの（③式）を焼成（④式）し、複合型光触媒を得ました。
Ti(C3H7O)4 + 4H2O → + 4C3H7 OH … ②
2Ti(OH)4 + nH2O2 → Ti2O5(OH)x(x-2) … ③
Ti2O5(OH)x(x-2) → 2TiO2 + xH2 O … ④
＜チタニアの気相合成＞
光触媒の中でもチタニア（TiO2)は安定性・効率性・無毒・低価格といった面で優れていますが、一般的に塩酸や硫酸を用いて製造されております。これらは有毒な塩化化合物、硫化化合物が副生してしまうため、それらとは異なる製造方法を考案する必要があります。本研究室では過去にテトラメトキシシランを用いた気相加水分解法により高純度シリカを生成（式1）し、反応装置の形状やガス混合条件を変えることによって粒径制御を可能にしました。
Si(OCH3)4 + 2H2O → SiO2 + 4MeOH ・・・（1）
そこで、本研究では上記シリカ気相合成で得られたノウハウをチタニアの合成に応用できないかと考え、従来の製造法（塩素法や硫酸法）とは異なる気相加水分解法という方法で、チタニアの生成を試みました。
実験装置を製作し、原料としてチタニウムテトライソプロポキシド（TTIP）を用いて、チタニアを生成（式2）すると同時に、粒径を細かく制御し、且つ光触媒活性の向上に取り組んでいます。
[(CH3)2CHO]4Ti + 2H2O → TiO2 + 4(CH3)2CHOH ・・・（2）
＊成蹊大学理工学部物質生命理工学科 プロセスシステム研究室
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11/Apr/11
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研究紹介
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＜光触媒・粘土鉱物を用いた有害物質の分解＞
光触媒により有害な有機化合物を分解するには，まずその物質を光触媒粒子表面に吸着させなければならないため，この吸着能は光触媒性能にとって重要です。天然の粘土鉱物には有機化合物をよく吸着するものが多くありますが，光触媒としてよく知られている酸化チタンは粘土鉱物と比べると吸着能が低いのが欠点です。このため実際にトリクロロエチレン(TCE)を光触媒分解した場合，ホスゲンなどの有害な中間生成物が発生します。発生したホスゲンは酸化チタン表面から脱離し，再び酸化チタンに吸着しなければ分解することができません。粘土鉱物を用いて酸化チタンの吸着能を高められれば，この中間生成物を放出することなく表面に吸着されたまま完全に分解することが可能です。酸化チタンの原料であるチタンアルコキシドのゾルに球状の粘土鉱物アロフェンを超音波分散させ，ゲル化後，水熱処理および焼成を行うことにより，アロフェンと酸化チタンとの複合体を作製することができます。通常の酸化チタンを用いたトリクロロエチレン(TCE)の光触媒分解ではホスゲン(COCl2)等の有害な中間生成物が発生するのに対して，酸化チタンにアロフェンを複合化させると，COCl2の放出を著しく抑えることができました。TCEは酸化チタン上でジクロロアセチルクロリド(DCAC)またはCOCl2に変化した後即座にアロフェン吸着され，酸化チタンへと表面拡散した後に徐々に分解されます。
＊信州大学工学部環境機能工学科 光物理化学研究室 （錦織研究室）
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14/Mar/11
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強誘電体ニオブ酸銀(AgNbO3)の結晶構造を解明
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＜強誘電体ニオブ酸銀の結晶構造を解明することに成功＞
東京工業大学総合理工学研究科の八島正知准教授、および同大学応用セラミックス研究所の伊藤満教授、東北大学多元物質科学研究所の津田健治准教授、静岡大学若手グローバル研究リーダー育成拠点の符徳勝特任准教授らの研究チームは、有害な鉛を含まない電子材料や光触媒として注目されている強誘電体ニオブ酸銀(AgNbO3)の結晶構造を解明することに成功した。ニオブ酸銀は有害な鉛を含まない強誘電体で、優れた圧電性を示すが、1958年の発見以来、正確な結晶構造は分かっておらず、なぜ強誘電性や圧電性を示すのか理解できていなかった。同成果は材料化学の専門誌「Chemistry
of
Materials」の速報「Communications」に受理され、オンライン版にて公開された。エレクトロニクス製品では、環境対策として有害な鉛などを含まない材料が求められており、これまでに様々な部品を非鉛系材料に置き換える研究開発が進められてきた。電気信号を機械的動作に変換する、あるいは逆に機械的動作を電気に変換する圧電素子は、インクジェットプリンタのインク射出、超音波診断装置などの医療機器の主要な部品として、様々なエレクトロニクス製品に応用されているが、鉛を含む材料の使用が現在は主流で、非鉛系材料への置き換えは進んでいなかった。近年、鉛を含む材料に代わる非鉛系材料の候補として、ニオブ酸銀系材料が注目されている。優れた材料を開発するためには、材料の原子スケールでの正確な構造を知る必要があるが、最も基本的な物質である強誘電体ニオブ酸銀の結晶構造は1958年の発見以来、長年にわたって未解明なままだった。そのため、なぜ優れた圧電性や強誘電性が発現するのかという理由は分かっていなかった。今回の研究では、収束電子回折、電子回折、中性子回折、放射光X線回折、第一原理計算を活用することで、強誘電体ニオブ酸銀の正確な結晶構造を世界で初めて解明した。具体的には、ニオブ酸銀の試料を符特任准教授および伊藤教授らが作製し、その試料を津田准教授らが収束電子回折と電子回折により、空間群と呼ばれる結晶の持っている対称性が斜方晶系のPmc21であることを発見、八島准教授らがニオブ酸銀試料の中性子および放射光X線回折データを測定し、得られたデータを空間群Pmc21に基づいて解析することにより、強誘電ニオブ酸銀の正確な結晶構造を解明し、さらに八島准教授が第一原理計算により、この結晶構造の妥当性を確認した。ニオブ酸銀の結晶構造は、ニオブ(Nb)と酸素(O)原子が作るニオブ酸(NbO6)八面体と銀(Ag)原子から構成されているが、Ag原子とNb原子がc軸に沿って変位していることがわかった。また、NbO6八面体が複雑に回転していることが見いだされた。さらに、今回の研究により解明されたニオブ酸銀の結晶構造を見ると、Ag原子とNb原子がc軸に沿って変位していることが分かり、この変位により、ニオブ酸銀の強誘電性が発現することが解明できたほか、高温における常誘電相から室温・低温側の強誘電相に相転移する理由も、この構成イオンの変位であることが判明した。これらの成果は、ニオブ酸銀の優れた電気的特性(圧電性および強誘電性)がなぜ生じるかという1958年以来の謎を解くことに成功したものといえ、これまでのニオブ酸銀の強誘電相の結晶構造に関する研究を否定する新しい結果であると考えられる。なお、研究グループは、今回の特性発現メカニズムを原子スケールで解明したのに続き、今後、同じ手法を用いることによって、ドープしたニオブ酸銀や他の強誘電体の結晶構造を研究していくほか、結晶構造に基づいて新しい材料の提案に結び付けていく方針としている。
＊東工大／マイコミジャーナル
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24/Jan/11
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CO2の資源化
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＜触媒活用し、地球温暖化の原因、二酸化炭素（CO2）を資源に変換する手法を開発＞
金属触媒を利用し、炭素化合物と二酸化炭素（ＣＯ２）を結び付け、医薬品やプラスチックの原料に使える可能性がある炭素資源を生成する手法を、東京工業大の岩沢伸治教授（有機合成化学）らの研究グループが開発し、米化学会誌に発表した。ＣＯ２の資源化への道を開く可能性もあり、地球温暖化といった環境問題への解決にも貢献が期待できるという。研究グループは、金属のロジウムを触媒として利用。ロジウムが結合しやすいようにした炭素化合物にエネルギー源としてアルミニウム化合物を加えると、炭素化合物の炭素と水素の結合が切れやすくなり、ＣＯ２と結び付いたという。ＣＯ２の工業的使途は現在、ポリマーの一種の生産過程などに限られる。将来的には、原油の主成分の炭化水素とＣＯ２をうまく反応させ、医薬品製造などに役立つ炭素資源に変換させることも可能といい、ＣＯ２の有効利用だけでなく、医薬品などの生産時に消費される石油の量も減らせるという。
＊東京工業大学／時事ドットコム
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06/Dec/10
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担持金属依存性
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＜金属担持TiO2を用いた光触媒反応における生成物の担持金属依存性＞
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銅化合物担持TiO2粉末を用いたジカルボン酸の固―固光触媒反応
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村里博栄，辻智史,
原田久志／理工学研究科化学専攻
光触媒反応とは、光触媒がバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を受けることによって、電子は価電子帯から伝導帯へと遷移する。この時、励起された電子及び正孔と呼ばれる電子が価電子帯から抜けプラス電荷となった部分の二つが生じることにより、光触媒に活性が生まれ、光触媒に直接接触したものが反応を起こす。また、酸素下や水溶液下での光触媒反応では酸素等が吸着されることにより活性酸素種を形成し、間接的にも酸化反応を起こす。
今回、光触媒として TiO2 を用いた。TiO2
は紫外光応答型の光触媒で人体に無害であり、化学的安定性も高く比較的安価であるため、最も研究の進んでいる光触媒である。これに助触媒として金属等を担持させることで、光触媒反応を機能化できる。今回、助触媒として安価であり、可視光応答性を期待できる銅化合物を選び担持したTiO2
系光触媒 [ 1 ]
を用いてジカルボン酸の反応について検討した。反応物として用いたジカルボン酸（マロン酸及びこはく酸）は水溶性であるので、それらの水溶液の光触媒反応についても検討した。
可視光応答の可能性のある銅化合物を担持したTiO2粉末を用いて、水溶性ジカルボン酸（マロン酸及びこはく酸）の光触媒反応を行った。可視光応答性の可否については現在確認されていないが、銅化合物を担持することにより生成物に対する選択性が変化することが判明した。また、光触媒を含む反応系を水溶液とすると、反応活性・生成物が異なってくることが分かった。
＊明星大学
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15/Nov/10
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医療廃棄物処理
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＜医療廃棄物を光触媒で水とＣＯ２に分解＝世界初の非燃焼型処理機開発－ＣＯ２排出、３割削減＞
使用済みの注射器や手術で使ったゴム手袋といった医療廃棄物を水と二酸化炭素（ＣＯ２）に分解する非燃焼型の医療廃棄物処理機を滋賀医科大（大津市）と滋賀県の会社が共同開発し、実用化に成功した。同大によると、医療廃棄物を焼却せず処理するシステムは世界初という。この医療廃棄物処理機は幅２メートル、奥行き４メートル、高さ２メートル。加熱した酸化チタンが有機物を分解する特徴を利用する。４５０～５００度に熱した酸化チタンは光がなくても分解力を持つ「熱触媒」特性に着目。２センチ程度に破砕した医療廃棄物をタンク内で熱した酸化チタン粉末とかき混ぜ、有機成分を数分で水蒸気とＣＯ２に分解する。燃料を使わずに分解の難しいトルエンなど揮発性有機物も完全分解できる。有害なガスは中和処理し、最後は水とＣＯ２になる。２００４年から開発を始め、今年４月に完成。塩化ビニールやラテックス、おむつなどを使って実証実験を繰り返し、実用化のめどが付いたという。処理能力は月当たり７トン。酸化チタン２００キロを使った現在の実験機では、滋賀医科大付属病院（３００病床）の１カ月の医療廃棄物７トンを処理できるという。医療廃棄物はこれまで、業者に委託し焼却処分していたが、運搬に伴う感染の危険性を減らし、従来の焼却処理に比べＣＯ２排出量を３０％以上削減できるほか、従来分解できなかった有毒ガスなども完全分解できるという。焼却や埋め立て処分に比べ、感染危険性のある微生物や遺伝子組み換え生物などを院外に出さずに処理できる利点もある。開発にかかわった滋賀医科大の谷徹教授（外科学）は「厄介な医療廃棄物を学内で処理できたのは世界で初めて。国内外に広めていきたい」と話している。
＊滋賀医科大学 ／ 毎日新聞
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01/Nov/10
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排水処理技術
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＜水中プラズマと光触媒を用いた新たな廃水処理技術の開発＞
代表研究者浅野 昌弘/龍谷大学 コーディネータ上條 榮治/龍谷大学
研究内容：新たな廃水処理技術の開発を目指し、水中放電プラズマ反応とTiO
2
光触媒の作用効果を融合化したリアクターを設計・製作し、超難分解性化学物質の分解を実証し、分解素過程を明らかにするため以下の研究を行った。１．水中放電プラズマ反応と光触媒作用を融合したリアクターの設計・製作の研究２．超難分解性有害化学物質の分解素過程の研究３．実用化に向けた課題の抽出
研究成果：リアクターの設計・製作の研究
装置内壁に光触媒を担持させ、放電電極を組み込んだ循環式リアクターを製作した。難分解性有害化学物質の分解研究
各種の難分解性化学物質を処理し、アセチルサリチル酸は、分解が確認できた。実験開始から約10分後の状態を示した。分解素過程の推定
プラズマによる解離反応とプラズマの紫外光による光触媒酸化反応の相乗効果により、化学結合が切断され、分解すると推定される。
今後の展開：新規融合分野であり、
分解実験を引続き実施し、データーを蓄積することが肝要である。対象とする難分解性化学
物質の種類を増やすことにより分解素過程を明らかにすることを目指す。本技術における難分解
性化学物質の分解素過程が明らかとなった後には、本技術の実用化に向けて、実廃水による分解実験を行うと共に、実用化に向けた課題の抽出（処理水の安全性費用対効果）を行う。
＊龍谷大学／科学技術振興機構
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25/Oct/10
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光触媒機能
結晶格子面解析
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＜酸化物ナノ粒子の結晶面構造が有機分子－酸化物半導体界面での電荷移動特性へ及ぼす影響＞
米谷 真人 応用化学専攻 助教
〔研究の概要〕金属酸化物半導体ナノ粒子は高い安定性と安価な製法、ワイドバンドギャップによる高い酸化および還元能により、光触媒材料および光電変換デバイス材料など実用の範囲が広い材料である。本研究対象である酸化物半導体を用いた光触媒反応系および色素増感型光電変換系においては、高い安定性や光触媒能からアナターゼ型酸化チタン結晶が広く利用されている。アナターゼ型の酸化チタンは、通常は最安定表面である(101)面にほぼ完全に覆われているが、近年アナターゼ型の結晶面生成比を制御し、(101)面以外の例えば(001)面の比率を増加させる合成方法が確立され始めている。これは表面吸着種イオンの面選択吸着により本来活性で不安定な(001)面の大きな安定化に基づいていることが、量子化学計算により示唆されている。この新規の(001)面を多く含む粒子を用いた光触媒反応では、通常の酸化チタンに比べて数倍の速度で反応が進むことが報告されているが、その詳細なメカニズムについては明らかにされていない。本研究では、有機分子の酸化物表面での吸着状態に着目し、結晶面方位による光電荷移動過程での各要素への影響と相関について、走査プローブによる表面化学的解析、光電気化学的解析、分光学的解析などにより解明する。これにより、光触媒系および色素増感光電変換系の高効率化への指針を提案することを目的とする。
〔オリジナリティ〕本研究では、不安定結晶面である(001)面を主に有する新規の酸化チタンの光触媒活性の要因について、走査プローブによる表面化学的解析、光電気化学的解析、分光学的解析などにより詳細に解明することで、有機分子－ナノサイズ無機半導体界面制御の観点から光触媒系および色素増感光電変換系での電荷移動特性の向上に対して新たな知見を与えるものである。
〔期待される成果〕有機分子－ナノサイズ無機半導体界面での電荷移動特性の解明により、光触媒系および色素増感系において、より高効率な触媒および光電変換デバイスの創出を狙う。さらには、量子化学計算による新たな表面修飾剤の探索により、(101)面以外の結晶表面の選択性や選択比率の詳細な制御を行うと共に、フッ化水素を用いない表面修飾剤により合成手法の拡充を行い、基板上への直接面選択合成などの新規複合材料創出も期待される。
＊東京工業大学
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18/Oct/10
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研究部門新設
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＜東京理科大学総合研究機構にエネルギー環境光触媒研究部門を設立＞
研究内容：エネルギー・環境問題の解決に向けた光触媒のサイエンスとテクノロジーを展開します。
目的：水分解による水素製造や二酸化炭素の資源化のためのエネルギー光触媒，および，排水浄化や殺菌に効果を示す環境光触媒に関する研究を行うことを目的とします。
研究内容：光触媒の研究分野は，大きく２つに分類されます。1つ目は，二酸化チタンを用いた環境浄化型光触媒の研究です。二酸化チタン光触媒は，紫外線が当たると，有機物を分解したり，殺菌効果を示したり，セルフクリーニング機能を発揮します。この研究分野は産官学挙げて取り組まれており，多くの製品が実用化されています。まだ克服すべき課題がある一方で，さらなる大きな可能性を秘めています。2つ目は，水から水素を製造したり，二酸化炭素を有用な有機物に変換するエネルギー変換型光触媒の研究です。これはまだ基礎研究レベルですが，昨今のエネルギー・環境問題の観点から注目を集めており，世界中でも研究が活発化しています。この研究がうまく行けば，水と太陽光から水素を作るクリーンかつシンプルなプロセスを構築することができるようになります。これは，夢の水素製造法として期待されています。そして，化石燃料の依存度を低減できるというエネルギー革命につながる可能性を秘めています。本部門では，これら2つの研究分野の専門家が一致団結して，情報交換を行いながら共同研究を進めていきます。これによって，光触媒の材料開発，反応機構の解明，材料合成プロセスの開発，多様な光触媒機能の発掘，製品化プロセスなど，基礎から応用にかけて広い視野から光触媒研究を遂行していきます。本部門は，大きくエネルギー光触媒グループ，環境光触媒グループ，光触媒合成プロセスグループから成り立っています。これらが連携して，エネルギー・環境問題解決のためのサイエンスとテクノロジーを展開し，社会貢献することを目的としています。また，光触媒市場開拓も行っていきます。これらの成果をもとに，光触媒でクリーンな地球や健康的かつ快適な生活空間を築くことに貢献していきます。
特徴と期待される波及成果：本部門は，最先端の研究を遂行するばかりでなく，学内外の研究者が参加できる光触媒研究拠点の形成を目指しています。本部門の特徴は，国内外からの若手研究者を参加させることにより，人材育成と国際交流を計るところにもあります。また，外部の研究機関や産業界からの共同研究者をお迎えして，基礎研究から製品化・市場開拓まで幅広く取り組むところにも特徴があります。このように，光触媒研究を総括的に進めていきます。本プロジェクトで得られる成果は，社会的関心が高いエネルギー・環境問題解決に向けたサイエンス・テクノロジーの一分野を打ち出せるものと期待できます。さらに，材料開発やその製造プロセスに関する成果は，周辺の研究分野への大きな波及効果が期待されます。
＊東京理科大学
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11/Oct/10
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光触媒粉末の調整
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＜選択溶解法を利用した光触媒粉末の調製＞
○ 小野 洋介、良知 健、奥田 徹也、横内 正洋、上元
好仁、中島 章、岡田 清
光触媒は光照射下で有機物分解などの作用を示す触媒であり、二酸化チタンが代表材料である。有機物分解反応は電子励起に由来することが判明しているが、その反応は複雑であり活性の大きさに影響する因子は明確化されていない。多くの研究例から経験上、高比表面積かつ低欠陥濃度のアナターゼ相が高い光触媒活性を示すとされている。しかし、アナターゼ相・高比表面積と、低欠陥濃度とは一般的にトレードオフの関係にあり、両立は難しい。本研究では上記のトレードオフを解消する、新規な粉末調製プロセスを提案する。
実験方法：酸化チタン粉末を水に分散させ、リン酸カルシウムを析出させた。熱処理後に１
N
の塩酸で酸処理し、蒸留水で洗浄した。各段階で得られた粉末試料は、粉末X
線回折により結晶相を、X
線光電子分光により表面組成を測定した。また、最終的に得られた粉末試料については、N2-BET
法により比表面積を、電子スピン共鳴により相対欠陥濃度を測定した。光触媒活性は、メチレンブルー色素の退色試験で評価した。なお、比較として原料粉末を熱処理した試料についても同様の測定を行った。
結果・考察：粉末X
線回折から、ハイドロキシアパタイトの生成が確認された。塩酸処理後にはアパタイト成分が消失したことから酸化チタン表面が露出していると考えられる。N2-BET
法と電子スピン共鳴法から、本調製プロセスによって比表面積と欠陥濃度のトレードオフを解消できたことがわかった。メチレンブルー退色試験では、熱処理のみを行った粉末試料および代表的な酸化チタン粉末であるP25(Degussa
製)に比べ、高い光触媒活性が得られた。
まとめ：本研究では、選択溶解法を利用した、光触媒粉末の調製プロセスを提案した。本プロセスによって比表面積と欠陥濃度のトレードオフが解消され、通常の熱処理のみを行った粉末試料に比べ高い光触媒活性が得られた。
＊東京工業大学
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20/Sep/10
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Pt系触媒動的
メカニズム解析
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＜燃料電池イノベーション研究センターを5年間設置＞
電気通信大学はPEFC（固体高分子型燃料電池）を事業化する際に価格面でネックになっている白金（Pt）系触媒の動的メカニズムを解明する目的で、燃料電池イノベーション研究センターを本格稼働させた。同センターを設置する目的は、燃料電池自動車に搭載するFCシステム（出力100kW）を2015年ぐらいまでに約50万円、FCスタック自身を約25万円までに引き下げる要素技術を研究開発する指針を明らかにすることである。同研究センターは、平成22年（2010年）5月1日から同27年（2015年）3月31日まで設置される。運営予算は総額約35億円の予定で、新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）が支援する。同センターの特徴は、Pt触媒の動的なメカニズムを解明する手法に、XAFS（X線吸収微細構造）というX線解析法を用いる点にある。X線源として物質透過力が強い放射光が必要になるため、兵庫県佐用町に設置された大型放射光施設SPring-8（運営は財団法人高輝度光科学研究センター）に「BL36XU 先端触媒構造反応リアルタイム計測ビームライン」を新設する。新設している2年間にXAFSを用いる解析手法を一層ブラシュアップするために、既存のビームラインを用いて解析法の改良版をまず研究開発する。そして、2年後に新設されるBL36XUによって、その解析法をすぐに適用する計画である。PEFCスタックのPt触媒は炭素担体表面に不均一分散して付着している。「Pt触媒表面の電気化学反応、触媒の構造変化や電子状態変化、触媒の溶解・劣化機構などはよく分かっていない」ので、これをその場観察（in
situ観察）してPt粒子の構造変化や価数の時間変化、O（酸素）原子との結合状態の変化を明らかにする。これによってPt粒子の触媒が有効に働く条件を明らかにする。現時点では、触媒として不活性なPt粒子が多いことが大量のPtが必要になっていると推論されている。
＊電気通信大学／日経ＢＰサイト
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09/Aug/10
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反応過程分析
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＜二酸化チタン光触媒によるピバル酸分解反応過程の雰囲気依存性－時間分解赤外分光法を用いた観測＞
(広島大院・理、広島大QuLiS)
○前田晃宏・石橋孝章
二酸化チタン光触媒は、紫外光の照射に伴って酸化還元反応を引き起こすことで有機物を分解する半導体であり、水の光分解や汚染物質の分解などの用途に利用されている。しかし、その反応過程に関しては複雑でありあまり詳しく調べられていない。本研究では、粉体の二酸化チタン参照触媒TIO-4によるピバル酸(CH3)3CCOOHの分解反応過程が、無酸素無水条件下、酸素存在下、水蒸気存在下の三種類の条件下でどのように異なるかを明らかにすることを目的として、マイクロ秒～ミリ秒領域における時間分解赤外分光測定を行った。
＊広島大学
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02/Aug/10
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光ディスクに応用
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＜レーザー光で相が変化するTi3O5光ディスクへの応用、Blu-ray
Diskの300倍の記録密度達成＞
東京大学大学院理学系研究科化学専攻の教授である大越慎一氏は、TiO2（二酸化チタン）から、光ディスクの記録層に使える新材料を発見した。Ti（チタン）酸化物の中でもTiが3価のものは、温度によって物質の相（結晶の構造）が変わることがこれまでの研究で明らかになっていた。物質の相が変わると、例えば金属のような導体から、絶縁体へと物質の性質が変わる。Ti3O5は室温では半導体的性質を見せるβ相という状態で安定しているが、187℃まで熱するとα相に変わり、導電体のように禁止帯がなくなる。この物質は波長が532nmの緑色レーザーを当てるだけで瞬時に茶色のβ相に変化することが分かった。その上、β層に変わったナノ粒子に波長410nmの青色レーザーを当てると、瞬時に元の状態に戻った。大越氏は黒色のTi3O5をλ相と呼ぶことにした。光で相が変化する金属酸化物は世界初の発見だ。λ相のTi3O5を構成する3つのTi原子はそれぞれ3.3価、3.3価、3.6価と、電荷が平均的に分布している。一方、β相のTi3O5は電荷が3.0価、3.8価、3.3価と偏っている。このように電荷が偏ると半導体的な性質を見せるという。λ相のTi3O5は、光を当てるだけでβ相に変化し、再び光を当てることでλ相に戻る。光ディスクの記録層の材料に十分応用可能な性質を持っている。さらに、粒子の直径が約10nmとごく小さい。大越氏によると、粒子1つで1ビットを表現すると仮定した場合、現時点ではBlu-ray
Diskのおよそ300倍の記録密度を達成できる見込みが立っているという。
＊東京大学大学院理学系研究科／EETIMES
JYAPAN
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26/Jul/10
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繊維化疾病の治療
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＜光触媒による痴呆症等の繊維化疾病の治療の開発＞
酸化チタン(TiO_2)光触媒が紫外光を吸収して生成する電子と正孔がTiO_2表面の吸着水や酸素分子と反応すると、種々の活性種が生成する。これらの活性種は有機化合物を分解したり、細菌を死滅させたりするため、光触媒は現在広く環境浄化に利用されている。光触媒反応の医療への適用も進められつつあるが、それには生体関連物質への光触媒作用を分子レベルで解明する必要がある。カルシトニンはカルシウム調節ホルモンとして主に骨に作用し、骨吸収を抑制する働きをもつ。本研究は生理活性ペプチドであるヒトカルシトニンの触媒表面への吸着状態を検討し、光触媒作用による分解過程を解明することを目的とした。
本年度は次のような結果を得た,7種のアミノ酸の酸化チタンに対する吸着特性と光触媒特性をゼータポテンシャル測定とプロトンNMR測定から調べた。分解速度は,Phe<Ala<Asp<Trp<Asn<His<Serの順で高くなり,吸着した状態の酸化チタンの等電点が低いアミノ酸ほど分解されやすいことを見出した。ダイペプタイドである,Ala-Trpについても,吸着と光触媒分解の両方の検討を行った。Ala-Trpの分解速度はAlaより速く,また,Trpより遅いことがわかった。酸化チタンを焼成することで疎水的な結合が生じることがわかった。また,カルボキシル基が酸化チタンのターミナル水酸基部分に,アミノ基でブリッジ水酸基部分に吸着していることがわかった。しかし,しかし,触媒分解の速度が速いのは,Trpのインドイリル基により吸着した部分であることがわかった。
＊長岡技術科学大学／科学研究費補助金データベース
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19/Jul/10
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空気浄化システム
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＜多孔構造の竹炭チップに光触媒Tio2コーティングより成る空気浄化システムを開発・医療現場などに応用＞
金大理工研究域機械工学系の瀧本昭教授は、竹炭と光触媒を組み合わせた
空気浄化システムを開発した。竹炭の高い吸着力で集めた空気中の浮遊物質を、強い酸化
力を持つ活性酸素の力で分解して再び空気中に飛び散ることを防ぐ仕組み。竹炭単独の場
合より浄化性能が高く、瀧本教授は「無菌状態が求められる医療現場などに応用できる」
としている。竹炭は微細な穴が無数に空いた多孔構造で、空気中に浮遊する有害物質や臭気物質を捕
集する性質を持つ。一方、光触媒は紫外線を吸収すると表面に活性酸素が発生し、空気中
にある有機物質と結び付いてこれを分解する働きがある。実験では、竹炭を砕いた直径１～３ミリほどのチップを作り、光触媒作用を持つ酸化チ
タンの溶液に浸してコーティングした。コーティングされた竹炭をフィルターの中に入れ
て紫外線を当てながら空気を送り、細菌がどれだけ除去されるかを測定した。光を透過さ
せるため、チップと同じ大きさの透明なシリカゲル粒子を半分混ぜた。その結果、空気中を浮遊する菌の生存率は測定開始直後は約８％だったが、１時間後に
は約０・１％となった。比較のために竹炭のみの場合で測定したところ、１時間後の生存
率は３～５％で、竹炭と光触媒を併用することで菌の除去性能が高まることが分かった。瀧本教授は現在、紫外線の照射効率の向上などに取り組んでおり、「手術室やぜんそく
患者の入院病室など医療現場などで役に立つ。ぜひ実用化させたい」と話している。
＊金沢大学／北国新聞
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12/Jul/10
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メソポーラスシリカ酸化チタン粒子を包含した複合体
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＜無機ナノ物質界面の構築と機能創出‐多孔体・触媒・薄膜‐＞
広島大学 物質化学システム専攻 准教授 犬丸 啓
先生
ナノメートルサイズの規則構造をもつ多孔体から新しい高温超伝導体まで，さまざまな新材料の発見と開発がなされるなか，材料の複合化や高次構造の制御もますます重要になっている。我々は，物質同士のさまざまな界面が主役を演じる複合構造の構築と機能化に取り組んでいる。たとえば，多孔体のナノ空間とそれより一桁大きい結晶粒子との機能面での複合化，多孔体のメソポア中に固定した化学種の配置の機能設計，さらには無機分子や粒子の集積によるナノ
空間創出などである。本講演では，ナノ物質界面の創製という観点にたち，最近の我々の研究を紹介させていただきたい。メソポーラスシリカを用い，細孔内の有機・無機分子修飾や酸化チタン粒子を包含した複合体の創製により，分子選択
的吸着剤・光触媒や水中固体酸触媒を創出した。また，「スポンジ結晶」と名づけた新しいタイプの多孔質単結晶がヘテロポリ酸塩で生成することを見出している。その，エピタキシャル薄膜における界面の効果としてCrN薄膜の磁性転移制御などについても触れたい。
＊広島大学／応用セラミックス研究所
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31/May/10
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光酸化活性に対するCu 反応機構
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＜金属ナノ微粒子触媒作用と半導体光触媒作用のシナジー効果＞
分子状酸素を酸化剤とする無溶媒液相アルコール光酸化反応がNb2O5
上で選択的に進行すること、およびその反応メカニズムを報告している。また
Nb2O5 上にCu
を担持することで活性が飛躍的に向上することを見出している。これまでの検討からCu/
Nb2O5 上で進行するアルコール光酸化にはCu
のレドックスが関与することがXAFS
測定より判明している。今回、FT-IR、ESR、作用スペクトル測定、速度論解析およびDFT
計算を用いて反応機構の検討を行い、光酸化活性に対するCu
の役割を明らかにした。
＊京都大学大学院工学研究科
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17/May/10
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コア－中空シェル構造体光触媒
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＜多孔質シリカシェル内包酸化チタン光触媒：合成と機能＞
光触媒を多孔質の中空シリカ粒子に内包させた新奇コア－シェル型構造体（コア－中空シェル構造体）
を新たな光触媒形態として提案してきた。この構造では、「はだか」の高い反応性をもつ酸化チタン光触媒コアが、分子サイズの「ふるい」作用をもつ多孔質シェルおよびシェル内部の空隙部に形成される空間反応場のナノサイズ特殊空間に覆われている。このため、これらシェル－ナノ空隙部－光触媒コアの三つの機能が協奏的に作用する新しい光触媒反応系を構築することが期待される。本年度は、このコア－中空シェル構造体光触媒のシリカシェル部の細孔制御に取り組んだ。また、これを使っていくつかの基質を対象とした気相系光触媒反応光触媒をおこなったところ、ユニークな反応性を示すことを見いだした。
＊大阪大学太陽エネルギー化学研究センター
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10May10
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ウィルスと
光触媒複合体
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＜水から水素を分離する新技術を開発、ウイルスと触媒の複合体を利用し効率を4倍に＞
将来訪れるであろう水素社会では、太陽エネルギを用いて燃料となるH2（水素）をH2O（水）から取り出すことになるだろうと言われていた。しかし、水素社会の到来は遅れている。単純な電気分解よりも効率の良い方法が見つからなかったからだ。米Massachusetts
Institute of Technolog（MIT）の教授であるAngela
Belcher氏が率いる研究グループは、生きているウイルスを利用して、植物の光合成の仕組みを模倣する技術を開発した。光合成のように、光を受けてH2OをO2（酸素）とH2（水素）に分解する技術だ。Belcher氏のグループは、遺伝子操作によってウイルス「M13」を開発した。M13は、水の分解反応を促す触媒の分子と、光を集める役目を果たす色素の分子を引き寄せる足場となる。今回の実験では触媒としてIrO2（酸化イリジウム）を利用し、色素にはZnDPEG（亜鉛ポルフィリン）を使った。色素が太陽光の光子を吸収し、触媒がそのエネルギを使って水分子を分解する仕組みだ。M13ウイルスと触媒などの複合体は糸のように伸びていき、複数の糸がからんで塊を作るようになる。糸の形をしているうちは良いが、塊になってしまうと、水分子を分解する機能を失ってしまう。そこで、糸状のウイルス複合体をゲル状の物体で覆って、カプセル化し、規則的なパターンを描くように配置した。これまでにも、さまざまな研究グループが光合成を利用した手法の開発に取り組んできた。しかし、従来の取り組みは植物の光合成を直接利用しようとするもので、ウイルスを使って、光合成を「模倣」する試みはなかった。MITは今回、ウイルスを利用したことで効率を4倍に高められたとしており、研究チームは高価なIrO2に代わる安価な触媒材料の開発を続けているという。今回の研究作業は、MITの博士課程の学生であるYoon
Sung Nam氏が大半を担い、米Pennsylvania State
Universityの教授であるThomas
Mallouk氏が協力した。開発資金は、イタリアのエネルギ大手であるEni社とMIT
Energy Initiative （MITEI）が提供している。
＊Massachusetts
Institute of
Technolog（MIT）／EE TIMES JYAPAN
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12/Apr/10
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磁性を備えた多機能付与型触媒
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＜キラル配位子修飾磁性ナノ粒子の新規合成と不斉触媒反応への応用＞
研究機関：大阪大学
研究概要：真に実用的な触媒の開発を目指し、不斉反応を達成するための『キラル反応場』、高い触媒効率を発揮させるための『高表面積』、触媒の磁石分離を可能とするための『磁性』を同時に兼ね備えた多機能付与型触媒を開発する。具体的には、磁性粒子を核、その表面を触媒活性金属であるPd、Ptで被覆し、さらに不斉配位子で修飾した磁性金属ナノ粒子を提案する。反応後、触媒は磁石により容易に分離･回収できるため、操作性、安全性、経済性を兼ね備えた新規光触媒プロセスが構築できる。
＊地域イノベーション創出総合支援事業「重点地域研究開発推進プログラム／内閣府
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05/Apr/10
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光エネルギー変換
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＜光エネルギー変換を目指した光触媒技術の開発＞
工藤 昭彦（東京理科大学理学部教授）
粉末光触媒を用いた水分解反応が進行するために必要な過程として、第一の過程では、半導体光触媒にバンドギャップより大きなエネルギーを持つ光を照射することにより、電子が価電子帯から伝導帯に励起され、価電子帯に正孔が生じる。ここで、水分解反応が進行するためには、伝導帯に励起された電子が水の還元電位よりも卑側のポテンシャルを、価電子帯に生成した正孔が水の酸化電位よりも貴側のポテンシャルを持っていることが不可欠である。また、可視光を利用するためには、3
eVより狭いバンドギャップを持つ光触媒の開発が要求される。第二の過程では、光照射により生成した電子および正孔が粒子表面へ移動する。ここで、光触媒粒子の結晶性などが、光生成したキャリアの寿命などを支配する。より良い結晶性を有する粒子では、再結合中心として働く欠陥が少ないため、電子および正孔が表面へたどり着く確率が高くなり、光触媒反応効率が増大する。第三の過程では、光触媒粒子の表面に到達した電子が水を還元して水素、正孔が水を酸化して酸素を生成する。光触媒粒子の表面特性としては、それらの酸化還元反応活性点の存在が不可欠である。また、表面積も重要な因子となる。これらの過程が完結することにより、初めて水分解活性が発現する。
ペロブスカイト構造を有するタンタル酸ナトリウム（NaTaO3）は高活性な水分解光触媒である。さらに、Laを数%をドーピングすることにより、その活性が十数倍向上する。図3に示した走査型電子顕微鏡観察からわかるように、このNaTaO3:La光触媒は、特徴的な表面ナノステップ構造を持つ数百ナノメートルの微結晶である。このナノステップ構造の形成により、水の酸化および還元のための高活性な反応場が構築されている。実際に、ガラス基板に塗布されたNiO/NaTaO3:La光触媒に紫外光を照射することにより、目視でも確認できる水素と酸素の泡が発生する（図3）。ここに存在するものは、水と粉（光触媒）と光だけである。このように、非常にシンプルな系で水から水素を作り出すことができるのである。このNiO/NaTaO3:La光触媒の開発により、粉末光触媒を用いても高効率な水分解が可能であることがはじめで実証できた。しかし、NaTaO3:La光触媒のバンドギャップは4。1
eVであり紫外光しか使えないことが、大きな欠点である。地球に届いた太陽光の有効利用の観点から、可視光で応答する光触媒の開発が重要である。
水素および酸素生成に活性を示す２つの可視光応答性光触媒を組み合わせることにより、水の可視光分解が可能となる。この系では、2つの光触媒間で電子のやり取りをする電子伝達剤が必要である。この電子伝達剤は、酸化還元を繰り返すだけで、それ自身は消費されない。この系は、緑色植物の光合成に見られるような2段階の光励起で働くことから、
Zスキーム型光触媒と呼ばれている。
Ru/SrTiO3:RhとBiVO4を組み合わせた系が、Zスキーム型光触媒として働く。ここで、SrTiO3:Rhは、ワイドバンドギャップ光触媒であるSrTiO3への遷移金属ドーピングによって開発された可視光応答型光触媒である。これは、可視光照射下で水素を生成することができる数少ない金属酸化物光触媒である。また、BiVO4は、Bi(III)の性質を利用した酸素生成可能な可視光応答型光触媒である。Ru助触媒を担持したSrTiO3:Rh粉末とBiVO4粉末を鉄イオンが溶けた水溶液に懸濁させて可視光照射すると、水が分解して水素と酸素が2:1で生成する。この光触媒系は、520nmまでの可視光を利用できるという特徴を持っている。さらに、太陽光を用いても反応が進行することが確認されている。これで、効率が低いながらも粉末光触媒を用いた水からのソーラー水素生成が実証できたわけである。しかし、粉末光触媒を用いた水分解では、水素と酸素が混合気体（爆鳴気）で得られるという大きな欠点がある。ここで、このZスキーム型光触媒では、水素と酸素が異なる粉末上で生成する。したがって、粉末を分離し、電子メディエーターだけが、それらの光触媒粒子間を行き来できるようにすれば、水素と酸素を分離して生成することが可能となる。実際、適当な穴のサイズを持つフィルターで仕切ることにより、水素と酸素が別々の反応槽から得られることも実証できている。一方で、Zスキーム型光触媒において、電子伝達剤を用いなくても、光触媒粒子間の電子移動により可視光水分解が進行する系の開発にも成功している。
＊東京理科大学
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15/Mar/10
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有機半導体を
用いた光触媒
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＜有機半導体p-n接合体の新しい応用― 全可視光応答型光触媒 ―＞
有機半導体を用いた光触媒の開発
われわれは，全く違う目的で有機半導体を利用する中で，これが意外に安定だと実感し，過酷な酸化還元反応の関わる光触媒としても用いることができるのではないかと考え，光電気化学の手法を用いた実験を弘前大学の阿部敏之准教授と共同で行いました。ここでは，光源として，紫外光を含まないハロゲンランプを，また有機半導体としてn型のペリレン誘導体(PTCBI)とp型のフタロシアニン(H2Pc)を用いました。光照射時間とともに，酸素と水素が1:2の量で検出される一方で，窒素は全く検出されず，この酸素は空気の混入ではなく，水由来の酸素であることが確かめられました。図では，助触媒として酸化イリジウム(IrO2)を用いた場合を示しましたが，フタロシアニンは中心金属にコバルトを用いた場合は，酸化イリジウムを用いなくとも酸素発生が起こります。この実験は，対極の白金と電極で繋ぎ，その間にバイアス電位が印加されますが，（１）可視域全域（750
nmまで）の光に応答すること，（２）水系で安定に酸化還元すること，特に酸素発生（水の酸化）が安定に起こること（言い換えれば酸素発生の条件でも安定である）が初めて確認されました。無機化合物でも（１，２）を同時に満たす現象が報告された例はありませんでした。
高分子積層フィルム型無バイアス可視光応答光触媒の開発
しかし，環境調和型光触媒（発熱反応型、汚染物の分解），水素エネルギーの利用目的としての吸熱反応型の水分解，いずれの目的を考えても，この実験は必要条件を満たすにすぎません。バイアス電位を付与しない場合でも光触媒作用を示すことが更に必要です。さらに実用的な展開を考えると，粉末状態の光触媒よりも，フィルム型で切ったり貼ったりできることも重要となります。こうした点を考えて，吸着能を有する高分子膜の上に有機p-n接合体を形成させた光触媒をデザインしました。これを用いて，悪臭物質の一つであるトリメチルアミンの分解を試みたところ，室内の蛍光灯程度の強度(100μW/cm2)の可視光照射でこれが起こり，完全にCO2にまで分解することを確認しました。この光触媒的分解は，可視光全域の光に対して起こるのは勿論ですが，気相中のトリメチルアミンだけでなく，水に溶解したトリメチルアミンに対しても起こります。有機半導体で問題となる長期的な安定性については検証中の段階ですが，少なくとも１ヶ月以上は初期の性能を維持しています
＊東京工業大学 集積分子工学部門
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08/Mar/10
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超伝導有機化合物
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＜「ピセン」零下２５３度で超伝導・有機化合物で最高温度 群大・山路准教授ら発見＞
「ピセン」という化学物質が、零下２５３度で電気抵抗がゼロになる超伝導状態を示すことを、群馬大学大学院工学研究科の山路稔准教授（光化学）が参加している岡山大学の研究グループが発見した。ピセンなど平面状の構造の有機化合物が超伝導状態になる最高温度は、これまで零下２６０度台とされており、より常温に近づいた画期的な発見だという。４日に英科学誌「ネイチャー」で発表される。ピセンは、ベンゼン環を五つ持つ有機芳香族の炭化水素。珍しい物質ではないが、これまでは合成しても、少量で低純度のものしか得ることができなかった。山路准教授は、ジナフチルエタンという有機化合物に光触媒を加えて光線を照射することで、高純度のピセンを比較的容易に、大量に合成することに成功。岡山大大学院の久保園芳博教授（物性物理化学）のグループに参加し、ピセンにアルカリ金属のカリウム、ルビジウムを加えると、より高温で超伝導状態を作り出す性質になることを確認した。超伝導の研究は、エネルギーの効率的な利用に向けて進められている。ピセンのような有機化合物は軽量で加工がしやすく、仮に実験や応用開発の段階で失敗しても「燃やせば空気と水に戻る」（山路准教授）ため、環境にも優しいという。山路准教授は「同様の性質を持つ有機化合物が、ほかにも存在する可能性を示せた」と、さらなる研究にも意欲を示している。
＊岡山大学。群馬大学／読売新聞
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01/Mar/10
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シンポジウム
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＜東京理科大学大学院総合化学研究科開設記念シンポジウム開催の御案内＞
平成21年４月に新設されました大学院総合化学研究科
総合化学専攻は、本学大学院理学研究科
化学専攻と工学研究科
工業化学専攻を発展的に統合し、化学を基盤として理学の知と工学の知を融合させた、全国でもユニークな化学系単独の大学院で、３３研究室、５研究コースで構成されています。このたび総合化学研究科の開設を記念して第1回シンポジウムを下記要領で開催いたします。総合化学研究科の最先端の研究をご紹介しますので、奮ってご参加いただきますようお願い申し上げます。
開催期日：平成22年3月10日（水）午後１時30分より午後6時まで
開催場所：アルカディア市ヶ谷（私学会館）
プログラム
１．13:30－13:40 開会挨拶・・・・・・・・・・学長 藤嶋 昭
２．13:40－14:00 総合化学研究科概要説明・・・総合化学研究科長 荒川 裕則
３．14:00－14:50 特別講演・・岩澤 康裕先生 講演題目：２１世紀の化学研究
４．各コースからの研究紹介
15:00－15:30 分子集積・分子科学コース・・・教授 築山 光一 －Hydrogen:
先端分光による温故知新―
15:30－16:00 合成・反応有機化学コース・・・教授 林 雄二郎 －触媒開発からタミフルの全合成へ―
16:00－16:30 機能・生体材料化学コース・・・教授 矢島 博文 －カーボンナノチューブのバイオ化学への展開―
16:50－17:20 エネルギー・環境化学コース・・・教授 工藤 昭彦－水と太陽光から水素エネルギーを作り出す光触媒―
17:20－17:50 工業化学コース・・・教授 大竹 勝人 －超臨界技術の最前線―
17:50－18:00 閉会挨拶
申し込みはFAXにて東京理科大学化学系事務室(Fax:03-3235-2214)へお願いします。詳細
参加希望者が200名になり次第締め切りにさせていただきます。参加費無料。
＊光電気化学・光触媒ニューズメール
第251号
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22/Feb/10
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講演会
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＜第60回大阪府立大学産官学共同研究会テクノラボツアー＞
"『電気を創る・貯める・利用する-環境に優しい次世代エネルギーデバイス最近のトピックス-』"
日 時
2010年3月17日(水) 13:30～19:00 (開場13:00)
会 場
大阪府立大学 工学研究科 A9-209 大会議室
定 員 60名程度
プログラム
13:00～13:30 受付(A9-209 大会議室前)
13:30～14:00 講演I
『水を使った蓄電・発電デバイス-ハイブリッドキャパシタと固体高分子型燃料電池』
井上 博史:工学研究科 応用化学分野 教授
14:05～14:25 講演II
『全固体リチウム-硫黄電池の開発-次世代高容量蓄電池を目指して』
林 晃敏:工学研究科 応用化学分野 助教
14:30～14:50 講演III
『光燃料電池の開発-光触媒を用いてバイオマスから電気を取り出す』
松岡 雅也:工学研究科 応用化学分野 准教授
15:05～15:25 講演IV
『ハイブリッド型太陽光・熱利用電池-光と熱の両方で発電する』
津久井 茂樹:工学研究科 化学工学分野 准教授
15:30～15:50 講演V
『分散型エネルギーシステムによる熱電併給-家庭用システムの開発動向と最適化による分析』
涌井 徹也:工学研究科 機械工学分野 准教授
16:00～17:45 ラボツアー: (見学内容は下記)
(1)電気化学研究グループ(講演I関連見学)
(2)無機化学研究グループ(講演II関連見学)
(3)物理化学研究グループ(講演III関連見学)
(4)クラスター制御工学研究グループ(講演IV関連見学)
(5)大会議室(講演V関連パネル展示)
17:45～19:00 交流会(A9-309 中会議室)
主催・協力 主催:大阪府立大学産官学共同研究会
協力:大阪商工会議所・大阪TLO、堺商工会議所
＊大阪府立大学
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→REFERENCE
BackNo.1<August'1998～December2000>
BackNo.2<December2000～December2002>
BackNo.3<January2003～January2004>
BackNo.4<February2004～December2009>