採択番号 12B1006 表面プラズモン共鳴型光触媒の創製と高活性化 Synthesis of surface plasmon resonance type photocatalysts having high activity 古南博 a，田中淳皓 a，大沼明 b，大谷文章 b Hiroshi Kominami,a Atsuhiro Tanaka,a Akira Ohnuma,b Bunsho Ohtanib a 近畿大学, b 触媒化学研究センター a Kinki University, bCatalysis Research Center 背景と研究目的：表面プラズモン共鳴（SPR）による吸収とは金属の微粒子が特定の波長の光を吸収すると，金属微粒子の大きさや種類により色が異なって見えることである．通常，金属中の電子は光と相互作用しないが，金属表面やナノ微粒子中の電子は，ある条件で光と相互作用する．近年，金（Au）担持酸化チタン（Au/TiO2）が可視光照射下において，有機化合物を酸化することが報告された[1]．この光触媒反応は Au のナノ粒子に特有な SPR による吸収に起因する反応であると考えられる．また，報告者の一部（古南，田中）は，Au 担持酸化セリウム（CeO2）が SPR による強い吸収を示し，この触媒系が可視光照射条件下において，水中有機化合物を完全に無機化することを見出した[2]．しかし，Au の粒子径や酸化物の物性が異なるため，これらの光触媒活性に差異が発現する理由は明らかになっていない．そこで，本研究では，物性制御した TiO2 上に均一な Au コロイド粒子を安定に担持することを試みた．また，TiO2 の物性が SPR 吸収特性や光触媒活性におよぼす影響を考察した．実験：Au コロイドの調製はクエン酸ナトリウムによる還元法により行った．TiO2 上への Au の担持法はコロイド電着法を用いた． Au/TiO2 50 mg を水 5 cm3 に懸濁させた後，ギ酸 100 mol を加え，酸素雰囲気下，緑色 LED（max=530 nm: 0.44-2.0 mW cm-2）を照射した．生成物である二酸化炭素（CO2）をガスクロマトグラフにより分析した．結果および考察：調製した Au コロイドと TiO2 上の Au の平均粒径はどちらも 13 nm となり，元の粒径を維持しつつ，Au 粒子を TiO2 上に担持することに成功した．また，この触媒が可視光（> 500 nm）照射下において，有機酸の無機化反応に非常に高い活性を示すことを見いだした．また，コロイド電着法により調製した Au/TiO2 を用いたギ酸の無機化反応における光強度依存性を検討した．光量および CO2 生成速度の両対数プロットは直線となり，その傾きは 1.87 と求められた．このことから，コロイド電着法により調製した Au/TiO2 上で非線形光触媒反応が進行していることが示された．今後の課題：Au コロイドのサイズ効果は評価できなかった．サイズの異なる Au コロイドを調製し，これらを TiO2 上に担持することにより，Au のサイズ効果を検討したい．また，非線形現象の本質に迫りたいと考えている．参考文献 [1] E. Kowalska, R. Abe, B. Ohtani, Chem. Commun., 2009, 241. [2] H. Kominami, A. Tanaka, K. Hashimoto, Chem. Commun., 46 (2010) 1287. 論文発表状況・特許状況 [1] A. Tanaka, K. Hashimoto, B. Ohtani, H. Kominami, Non-linear photocatalytic reaction induced by visible-light surface-plasmon resonance absorption of gold nanoparticles loaded on titania particles, Chem. Commun., 49 (2013) 3419 [2] A. Tanaka, A. Ogino, M. Iwaki, K. Hashimoto, A. Ohnuma, F. Amano, B. Ohtani, H. Kominami, Gold–Titanium(IV) Oxide Plasmonic Photocatalysts Prepared by a Colloid-Photodeposition Method: Correlation Between Physical Properties and Photocatalytic Activities, Langmuir, 28 (2012) 13105.