研究内容

選択的有機変換のための光触媒反応系の開発

光エネルギーにより有用物質を選択的に合成する触媒技術は、省エネルギー型物質合成を実現するために重要であるが、低選択性が課題である。我々は、ゼオライトなどの多孔質材料の内部空間に光触媒活性点を組み込む方法、あるいは半導体表面へ機能性金属ナノ粒子を載せる方法などにより、従来の触媒プロセスでは達成の困難な物質変換を進める光触媒系の開発に取り組んでいる。

 過酸化水素を合成する新しい人工光合成反応の実現

過酸化水素は漂白剤、殺菌剤として不可欠な化学試薬であり、最近では燃料電池発電の燃料となる新たなエネルギーキャリアとして注目を集めている。我々は、炭素と窒素からなる新しい有機半導体光触媒を開発し、太陽光照射下、水と酸素を原料として過酸化水素を合成する新しい人工光合成反応を発見した。現在は、水分解による水素生成を超える効率で過酸化水素を合成するプロセスへのアップグレードを進めている。

過酸化水素合成触媒 

アンモニアを合成する新しい人工光合成反応の実現

アンモニアは生活に不可欠な化学試薬であるが、水素と窒素を原料とする過酷な方法(ハーバーボッシュ法)により合成される。我々は、太陽光照射下、水と窒素を原料としてアンモニアを合成する新しい光触媒を開発している。特に、半導体表面の「欠陥」が窒素分子のよい還元サイトとなることを見出し、過去最高の効率でアンモニアを合成することに成功している。

アンモニア合成触媒 

金属ナノ粒子や高分子を基盤とする光応答性材料・デバイスの開発

金属ナノ粒子や高分子を基盤とする新しい光応答性材料の開発を進めている。特に最近は、金ナノ粒子/半導体ヘテロ接合系への光照射により、金ナノ粒子の可視光吸収に基づいて自由電子を半導体に注入して電荷を分離させ、光触媒反応を進める新しい反応系の開発を進めている。また、還元剤および表面安定化剤となる化学試薬の存在下で光照射を行うことにより、単分散な金属ナノ粒子を合成する新しいナノ粒子合成法の開発を進めている。

金属ナノ粒子を用いる新しい光触媒系

有機分子の精密設計に基づく環境中・生体中有害物質の高感度検出

水銀やカドミウムなどのカチオン、あるいはシアンをはじめとするアニオンなどに選択的に応答することにより発光・発色する分子センサーは、環境化学・生物化学などの分野で極めて重要である。我々は、これらの有害種を選択的に検出・定量するためのセンサー開発を進めている。最近では、細胞中の有害種を定量するためのセンサーを開発している。例えば、図のように、二つの発光分子を連結させた簡単な分子が、細胞中のシアンと速やかに反応して発光挙動を変えることを見出し、蛍光顕微鏡などの測定装置によりシアン量を簡単に定量できることを明らかにしている。

細胞内のシアンを検出する蛍光センサー

環境調和型触媒の開発については、グリーンケミストリーラボラトリーホームページ http://www.cheng.es.osaka-u.ac.jp/kanedalabo/GSCLabo/index-j.htmlで紹介しています。