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助成番号 143208
研 究 成 果 報 告 書（国立情報学研究所の民間助成研究成果概要データベース・登録原稿）
研究テーマ（和文） ＡＢ

光エネルギー変換を指向した銅(I)含有酸化物光触媒の開発

研究テーマ（欧文） ＡＺ

Development of Cu(I)-based oxide photocatalysts aiming at photon energy conversion

研究氏
代表名
者

ｶﾀｶﾅ ＣＣ姓）カトウ名）ヒデキ

研究期間 Ｂ

２０１４ ～ ２０１５ 年

漢字 ＣＢ

加藤英樹

報告年度 ＹR

２０１５ 年

Hideki

研究機関名

東北大学

ﾛｰﾏ字 ＣＺ KATO研究代表者 ＣＤ
所属機関・職名

東北大学多元物質科学研究所・准教授

概要 ＥＡ (600 字～800 字程度にまとめてください。)
本研究では太陽光エネルギー変換を指向して、可視光応答性を有する Cu(I)含有チタン系酸化物光触媒開発を行った。光触媒に適するチタン系の Cu(I)含有酸化物はこれまでに未報告であったため、チタン酸ストロンチウム（SrTiO3）など既知のチタン系光触媒への Cu(I)置換を検討した。Zn2TiO4 に Cu(I)を置換すると可視領域の波長の光を強く吸収する物質が得られたが、残念ながらこの物質は光触媒活性を示さなかった。一方、チタン酸リチウム（Li4Ti5O12）への Cu(I)置換を試みたところ、Li4Ti5O12 とは結晶構造が全く異なり Cu(I)を含有する新物質が形成されることを見出した。合成条件を検討することで新物質の相純度を向上させることに成功し、ほぼ純粋な新物質を合成することに成功した。X 線回折、元素分析などの結果から、得られた新物質が Cu(Li1/3Ti2/3)O2 の組成からなる新規のデラフォサイト型化合物であることを突き止めた。これまでに Ni2+や Co2+など d1–9 電子配置のイオンを含まない Cu(I)含有チタン系酸化物は報告されておらず、本研究において d1–9 電子配置のイオンを含まない Cu(I)含有チタン系酸化物の合成に初めて成功した点は特筆すべき点である。
一般的なチタン系酸化物はバンドギャップが 3eV よりも大きく可視光を吸収しないのに対して、Cu(Li1/3Ti2/3)O2 のバンドギャップは 2.1eV であり、約 600nm までの幅広い可視光を吸収した。Cu(Li1/3Ti2/3)O の可視光吸収は、Cu(I)が浅いポテンシャルの価電子帯を形成したことに起因している。Cu(Li1/3Ti2/3)O2 の光触媒特性について調べた結果、白金微粒子を水素生成のための助触媒として担持した試料が、メタノールを還元剤とする水素生成反応に対して活性を示すことを見出した。そして、Cu(Li1/3Ti2/3)O2 中の Cu(I)が光照射下においても安定であり、水素生成が長時間定常的に進行することが確認された。このように、本研究において水素生成能を有する新規可視光応答性光触媒 Cu(Li1/3Ti2/3)O2 の開発に成功した。

キーワード ＦＡ光エネルギー変換

光触媒

銅(I)含有酸化物（以下は記入しないでください。）
助成財団ｺｰﾄﾞ ＴＡ

研究課題番号 ＡＡ

研究機関番号 ＡＣ

シート番号- 1 -チタン酸塩

発表文献（この研究を発表した雑誌・図書について記入してください。）
論文標題ＧＢ

Discovery of Novel Delafossite-type Compounds Composed of Copper(I) Lithium Titanium with
Photocatalytic Activity for H2 Evolution under Visible Light

著者名 ＧＡ

H. Kato et al.

雑誌

ページ ＧＦ973～975

雑誌名 ＧＣ

Chem. Lett.

発行年 ＧＥ

201

5

巻号 ＧＤ

44 [7]

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

論文標題ＧＢ
雑誌

著者名 ＧＡ
ページ ＧＦ

雑誌名 ＧＣ～発行年 ＧＥ

巻号 ＧＤ

発行年 ＨＤ総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

発行年 ＨＤ

総ﾍﾟｰｼﾞ ＨＥ

著者名 ＨＡ
図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ
著者名 ＨＡ

図書

書名 ＨＣ
出版者 ＨＢ

欧文概要 ＥＺ
Development of new Ti-based visible-light-driven oxide photocatalysts containing Cu(I) has been conducted with theaim of solar energy conversion in this research. No Cu(I) containing titanates have been reported, therefore, substitution ofCu(I) for known titanates such as SrTiO3 was examined. Although Cu(I)-substituted Zn2TiO4 exhibited strong absorptionof visible light, this did not show activity. It has been revealed that a new Cu(I)-containing compound was formed when
Cu(I)-substituted for Li4Ti5O12 was examined. The new Cu(I)-containing compound was obtained with high phase purity
through examining synthesis conditions. X-ray diffraction and elemental analysis revealed that the new compound is a
new delafossite-type compound with Cu(Li1/3Ti2/3)O2 composition. All of Cu(I)-containing titanates reported possess d1–9
ions such as Ni2+ and Co2+, therefore, it is noteworthy that new Cu(I)-containing titanate without any d1–9 ions has beensynthesized in this research.
Cu(Li1/3Ti2/3)O2 possessing 2.1 eV of band gap absorbs visible light up to 600 nm of wavelength. This is absolutely
different nature from usual titanates lacking visible light absorption. The absorption of visible light by Cu(Li1/3Ti2/3)O2 isdue to a shallow valence band consisting of Cu3d. Pt-cocatalyst modified Cu(Li1/3Ti2/3)O2 showed photocatalytic activity
for H2 evolution even under visible light in the presence of methanol as an electron donor. Cu(I) ions in Cu(Li1/3Ti2/3)O2
were very stable even under irradiation, resulting in steady H2 formation for long time. Thus, new visible-light-driven
photocatalyst Cu(Li1/3Ti2/3)O2 capable of H2 formation has been developed in this research.

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