COへの選択的光触媒CO2還元の実現に向けたCu/TiO2複合体におけるTi t2g軌道占有率の変調

複合体の電子構造は光触媒変換において極めて重要な役割を果たしますが、効率的な触媒のために軌道を制御することは困難です。本研究では、Cu/TiO2複合体における光電着Cuの量を調整することにより、Tiのt2g軌道占有状態を制御し、効率的なCO2変換を実現しました。最適化されたサンプルでは、X線吸収分光法によって証明されたように、かなりの電子がCu d軌道からTi t2g軌道へと移動します。ラマン分光測定の結果も、Ti t2g軌道における電子の濃縮を裏付けています。さらなる理論計算により、TiO2中のTi 3d軌道の軌道エネルギーが低下し、Cu 3d電子の受容に寄与していることが示唆されました。その結果、Cu/TiO2複合体はCOに対して95.9 %という極めて高い選択性を示し、生成速度は15.27 μmol g-1 h-1であり、これは元のTiO2のほぼ6倍に達しました。本研究は、軌道制御の機能に基づいた高効率な光触媒を設計するための戦略を提供するものです。