コアシェルナノ粒子のプラズモニック光触媒への応用
Application of Core-shell Nanoparticles for Plasmonic Photocatalysts
金属表面の自由電子が光の電場振動などと共鳴して集団振動を起こす現象を表面プラズモン共鳴（SPR）と呼び，ステンドグラスの美しいピンク色はガラスに分散された金（Au）ナノ粒子のSPRによるものである。2005年のAuナノ粒子とn型半導体の界面における光誘起電荷分離現象の発見1）以降，ナノ粒子-半導体物質で構成される材料系を可視光応答性光触媒（プラズモニック光触媒）として利用する研究が精力的に行われている2）。
光触媒ではない，通常の触媒材料の活性種としてコアシェルナノ粒子が有効であるという報告例は多く，プラズモニック光触媒への応用も検討されてきた。Auナノ粒子上に銅のシェルを導入することにより，SPRの応答波長が550 nmから630 nmに移動し，赤色LEDの光照射下，有機化合物を無機化する3）。また，水酸化クロム層はコアのAuを電子豊富状態にする。言い換えれば，水酸化クロムはプラズモニック光触媒の正孔移動助触媒として機能し，粉末懸濁系，可視光照射下における水分解の反応速度を向上させる4）。
ごく最近，Auナノ粒子表面にその酸化物層（AuOx）を形成させたナノ粒子（図）が粉末懸濁系，可視光照射下，水を酸化すること，また，その反応速度は酸化処理温度の上昇にしたがって大きくなることが報告された5）。これは第2成分を持たない，コアシェル型プラズモニック光触媒の究極形といえる。こうなると，次のプラズモニック光触媒の開発は元素戦略的視点が重要になるだろう。つまり，Au以外のナノ粒子を用いることになるが，ここでもコアシェルナノ粒子の調製法の知見が役立つはずである。
1） Y. Tian et al., J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 7632.
2） E. Kowalska et al., Chem. Commun. 2010, 46, 815.
3） A. Tanaka et al., ChemCatChem 2011, 3, 1619.
4） E. Fudo et al., Sustain. Energy Fuels 2021, 5, 3303.
5） E. Fudo et al., ACS Appl. Nano Mater. 2022, 5, 8982.
古南 博 近畿大学理工学部