大阪大学　大学院　工学研究科　マテリアル生産科学専攻　マテリアル科学コース　材料エネルギー理工学講座　材料理化学領域　（山下研）

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　　　　　当研究室では、ナノでエコなマテリアル　の創製を目指しています!

新エネルギー創製・環境浄化・リサイクル社会構築に貢献する環境調和型エコマテリアル

（光触媒、ナノ触媒、金属クラスター、光機能薄膜など）のデザインを通して、

ナノテクノロジー・光クリーンテクノロジー・最先端分光法の修得を目的とし、

卒業生が自ら研究を立案・計画・実行・成果発表できる国際的研究者になるように

教育と研究（出藍之誉）を行っています



ナノ構造制御した触媒・光触媒を活用する
水素・炭素・資源循環型社会の実現へ貢献！！

大学院前期課程（修士）への推薦入試のご案内!!

（2024年4月入学用の募集要項を2023年４月中旬に更新しました）
(2023年5月2日申請〆切なので、早期にお問合せ下さい！）

（問合せ先：yamashita ＠mat.eng.osaka-u.ac.jp)

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大阪大学工学研究科マテリアル生産科学専攻
マテリアル科学コース
材料エネルギー理工学講座・材料理化学領域

教授室：　マテリアル生産科学専攻、R２棟：　６階(６１９号室）
研究室(測定室、准教授・秘書室）：　マテリアル生産科学専攻、R２棟：　６階(６１８号室）
研究室(教員・学生居室）：　マテリアル生産科学専攻、R２棟：　６階(６１７号室）、４階（４１１号室）
研究室(実験室）：　マテリアル生産科学専攻、R２棟：　６階(６１５，６１６号室）
研究室(実験室）：　総合研究棟、AR棟：　４階(４０５，４１２号室）
OpenLab(実験室）：　総合研究棟、AR棟：　４階(４０９，４１０号室）
OpenLab(倉庫室）：　総合研究棟、E４棟：　２階(２２４号室）
吹田キャンパス

〒565-0871 大阪府吹田市山田丘2-1
Tel & Fax 06-6879-7460

　　　　　　

光触媒とは

光触媒の設計と環境保全への応用

－　半導体光触媒～シングルサイト光触媒　－

光触媒は、光を吸収することで化学反応を促進する触媒です。最近、注目されている光触媒は主に酸化チタンという半導体を使っています。ここでは、各種光触媒の設計と環境保全への応用、さらには、半導体型の光触媒と異なったユニークな構造と反応性を示すシングルサイト光触媒を紹介します。

【環境浄化と超親水化】
　
　酸化チタン光触媒は太陽光などの紫外光を吸収すると、空気中の酸素と水に働きかけ、活性酸素を発生させます。活性酸素には、においや汚れなどの原因となる有機汚染物質を酸化分解する作用があるため、汚れ防止、防臭、抗菌などの優れた効果を発揮します。一方、各種の基板に薄膜状にコートした酸化チタンに光を当てることで起こるもう一つの作用が超親水化です。水が水滴にならずに薄い膜のように均一に広がります。

これらの作用をもつ光触媒を組み込んだ電化製品（空気・水清浄器、照明器具）、建築資材（汚れないタイル、ガラス、アルミ板、テント材）、自動車部品（曇らないサイドミラー）などが商品化され始めています。酸化チタン光触媒は、生活空間に溢れる光を利用してアメニティー空間を生み出す理想的な省エネタイプのエコマテリアルなのです。

【可視光の利用】

光触媒利用をさらに発展するための重要課題として、1)可視光の利用、2)機能性材料（吸着材など）との複合化、が注目されています。

酸化チタン光触媒は紫外光の照射下でのみ働き、太陽光や人工照明光の大部分を占める可視光は利用できません。地上に到達する太陽光に紫外光は４パーセント程度しかなく、可視光を利用できれば大きな飛躍です。私たちは、イオン注入、プラズマ照射などのドライプロセスと窒素ドープなどの安価なケミカル手法を利用して、酸化チタンの骨格に異種元素や格子欠損をわずかに導入することで、可視光照射下でも効率よく働く可視光応答型光触媒を開発しています。さらに、スパッタやイオンビーム蒸着を利用して金属、セラミックスやプラスチック板にコートした透明な酸化チタン薄膜はより高性能を発揮します。

【機能性材料との複合化】

光触媒と吸着材（ミクロ細孔をもつ吸着材）を組み合わせることで、環境内に希薄に存在する汚染物質を吸着濃縮し光触媒反応の効率を高めることができます。私たちは、0.5～10 nmの細孔をもつゼオライト、メソポーラスシリカ、ナノカーボンを用い光触媒と組み合わすことで、効率よい環境浄化（NOx、環境ホルモン、悪臭成分などの分解）や人工光合成（CO₂と水からのメタノール合成）を可能にするナノ構造制御したエコマテリアルを開発しています。

特にゼオライト・メソポーラスシリカのシリカ骨格に組み込んだ光触媒活性種（四配位酸化チタンなど）は、“シングルサイト光触媒”と呼ばれ、従来の半導体型の光触媒とは異なった機構で反応が進行するユニークな新規材料として注目されています。現在、シングルサイト光触媒を利用して、暗中でも表面超親水性を示す透明なメソポーラス薄膜材料の合成、環境触媒やエネルギー変換触媒として有望な金属ナノ触媒の調製が可能になっています。

光触媒が反応の促進だけでなく、“物づくり”にも利用できることがわかるなど、光触媒の応用分野はますます広がりを見せています。

参考文献：

　「触媒総合事典」、触媒学会編。山下ら責任編集、朝倉書店　(2023)

　「固体表面キャラクタリゼーション」、山下ら/編、講談社　(2022)
　
　｢触媒化学」田中・山下編、講談社（2017）

　「触媒・光触媒の科学入門」、山下ら著、講談社(2006).

　　Hiromi Yamashita, Kohsuke Mori, Yasutaka Kuwahara, Takashi Kamegawa, Meicheg Wen, Priyanka Verma, Michel Che
　　“Single-site and Nano-confined Photocatalysts Designed in Porous Materials for Environmental Uses and Solar Fuels”
　　 Chemical Society Reviews, 47, 8072-8096(2018) [Outside Front Cover]
　　 DOI: 10.1039/C8CS00341F

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

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