2-2．3 次元構造体上への窒化炭素触媒合成2-1． 非金属 - 金属酸化物系複合触媒の作成と特性評価（複合）材料の探索と新たな合成技術の検討、そして、3）プラズマ反応場を利用した新しい触媒反応系の構築、に関して研究を行っています。これらの研究遂行のため、本研究センターでは以下の 4 つの研究班を構成し、プラズマ（触媒）反応系、無機系、有機系、そしてカーボン系と広く様々な触媒材料を候補として検討するとともに、それらの複合材の可能性についても探求しています。1）プラズマ（触媒）反応班：プラズマの生成・制御技術の専門家である電気電子工学科の竹田、プラズマ生成に重要な高電圧・パルスパワー研究に従事する電気電子工学科の村上准教授、2）無機系触媒班：スパッタ成膜や化学合成に詳しく機能性酸化物の合成と応用に従事する電気電子工学科の太田教授および応用化学科の才田准教授、3）有機系触媒班：キノン系や錯体分子など有機分子を用いた人工光合成を長年研究している応用化学科：永田教授、そして、4）カーボン系触媒班：カーボン系材料およびその合成の専門家である電気電子工学科の平松教授（および竹田）、の計 6 名の 4 班で研究に従事しています。以上のように、本研究センターでは、本学における触媒およびその応用技術を熟知する研究者らを集め、CO2 を原料とした人工光合成やドライリフォーミングなどに使用される触媒反応の更なる高効率化および高耐久化を目指した研究活動を実施し、カーボンニュートラル実現に資する活動を精力的に行っています。ここでは以下に本センターで実施している 2 つの研究例を紹介させて頂きます。カーボンニュートラルの実現に向け、太陽光を利用して水・二酸化炭素から水素やギ酸などエネルギー源を生成する光触媒技術の注目度は非常に高いと言えます。グラファイト状窒化炭素（g-C3N4） は、可視光のエネルギー帯に相当する約 2.7 eV のバンドギャップを持ち、還元電位が高く、低コストなため、光触媒として注目される材料の一つです。しかし、電子 - 正孔の再結合速度が速く、酸化電位も低いことから、その光触媒効率に課題を抱えています。そこ本センターでは、高い酸化電位を示す金属酸化物（酸化亜鉛（ZnO）や酸化タングステン（WO3））との複合触媒を構築し、より高い触媒活性を有する光触媒の実現を目指しています。この研究では、比較的安価な材料である、メラミンや酢酸亜鉛二水和物、タングステン酸アンモニウムパラ五水 和物などの熱分解を利用し、g-C3N4、ZnO、WO3 系の材料やそれらを複合した触媒材料を生成しています。そして、合成した各光触媒の材料分析とともに、光触媒活性度の評価を行うことで、更なる材料の最適化を行うともに、プラズマによる後処理などによる更なる高効率な光触媒材料の実現を目指しています。前項でも紹介した g-C3N4 光触媒は、波長 450 nm 以下の光を吸収する光触媒であり、比較的安価であるメラミンや尿素などの有機化合物を焼成することにより得られることから、コストの低さと調整の簡易さに優位性を有しています。しかし、g-C3N4 の比較的比表面積が小さく、反応場が広くない点が実用上の問題とされています。この問題は解決する手法の一つに比表面積の大きなテンプレート上への g-C3N4 の合成が挙げられますが、本センターでも名城大学で研究が進められているカーボン材料のひとつである、基板に垂直成長した複数のナノグラフェンにより構成されるカーボンナノウォール（CNW）を担持材とした、より比表面積が大きい g-C3N4 光触媒の実現にも取り組んでいます。メラミンの熱分解を利用して g-C3N4 を担持した CNW の断面および表面の電子顕微鏡像を確認した結果、CNW の壁の間隔および壁の高さはほぼ変わらず、壁間隔は数百 nm 程度、壁高さは約 3.0 µm を維持しつつ、数 nm 程度の合成物がそのCNW の壁表面を覆いつつ、壁と壁の間まで入り込んでいる様子が確認できています。また、フォトルミネッセンスやフーリエ赤外吸収分光、エネルギー分散型 X 線分光などの各分析から、それらは g-C3N4 であることが確認できていますので、以上のことから比表面積の大きいCNW の特徴を活用した 3 次元 g-C3N4 触媒の実現に本センターで成功したと考えています。2430th Anniversary
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