平面状に広がる有機高分子が水から水素を生み出す光触媒として有用であることを解明 京都大学と独ドレスデン工科大学

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京都大学は2020年6月16日、同大学工学研究科および化学研究所と独ドレスデン工科大学の研究グループが、二次元シート状に広がった骨格を有する有機高分子が効率的に光エネルギーを集め、正負の電荷を形成しながら水分子の分解を引き起こし、最終的に水素を発生させる優れた光触媒となることを見出したと発表した。

今回の研究では、光を吸収する効率や吸収したエネルギーが反応点に移動する際の効率、電荷の移動速度といったさまざまな因子を検討することで、水素発生の効率の向上に寄与する因子のほとんどが、有機高分子の骨格を構成している一つのユニットの分子化学結合角度に依存することが判明した。

そこで同研究グループは、シート状の構造を積層することで結晶構造を形成し、シートを構成する各分子の化学結合の角度を少しずつ変化させて最適化することで、水の分解における最も有用な構造を明らかにした。効率的なエネルギー変換材料としては、プラスチック(共役高分子材料)が該当することが判明した。

また、これらの研究結果を踏まえて、可視光のほぼ全域を効率的に吸収して光による高い水分解反応や水素発生効率を示すCOF(共有結合性有機分子骨格)を作製した。

今回新たに設計/合成した共有結合性有機分子骨格(COF)

同研究グループは今後、作製したCOFの展開を図るとともに、将来にわたる材料を生み出す手法として今回の研究成果を活用する。

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