Fabrication of CO2 reduction/H2 generation cell using highly active visible light responsive photocatalyst electrode

Research Project

Project/Area Number	23K21769
Project/Area Number (Other)	21H03642 (2021-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2021-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 64030:Environmental materials and recycle technology-related
Research Institution	Mie University
Principal Investigator	金子聡三重大学, 工学研究科, 教授 (70281079)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	立石一希三重大学, 国際環境教育研究センター, 助教 (20828785)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥13,650,000 (Direct Cost: ¥10,500,000、Indirect Cost: ¥3,150,000) Fiscal Year 2025: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000) Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000) Fiscal Year 2023: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000) Fiscal Year 2022: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000) Fiscal Year 2021: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords	H2 / CO2 / 電気化学的還元 / 光電気化学的還元 / 地球温暖化 / 可視光応答型光触媒 / カーボンリサイクル / 炭酸ガス / 水素 / 燃料電池 / 脱炭素 / 電気化学的変換 / 光触媒 / 炭酸ガス還元 / 水素生成 / 半導体光触媒 / 可視光応答
Outline of Research at the Start	これまでのシステムでは、アノード電極、カソード電極のどちらかに半導体電極を用いており、カウンター電極には、金属電極を用いてきた。今後は、実用化に向けて、アノード電極、カソード電極の両方とも半導体電極を利用した、CO2還元やH2生成のための電極設計及び電極開発が、国内外のプラントメーカー・電力会社から求められてきている。したがって、CO2還元・水素生成ための実用的な電気化学的還元セルの開発が必要である。
Outline of Annual Research Achievements	CO2還元や水素生成のための電極設計及び電極開発が、国内外のプラントメーカー・電力会社から求められてきている。研究代表者は、高活性欠陥含有g-C3N4、金属有機構造体MOF/Ag3PO4高活性光触媒、酸化チタンナノチューブなど、様々な光触媒を考案してきている。本研究では、これらの触媒を、アノード電極とカソード電極として用い、電気化学的酸化・還元セルを構築し、CO2の新規反応セル又は水素の光電気化学的生成セルを作製する。本年度は、光触媒の開発に重点をおいた。新規なg-C3N4の作製を試みて、焼成温度、焼成時間等の作製条件を検討した。さらに、添加する金属元素の影響を調べるため、亜鉛添加g-C3N4の作製を試みた。Graphitic-C3N4（g-C3N4）は、そのバンドギャップが約2.7 eV（460 nm）の半導体であり、化学的にも熱的にも比較的安定で、グラファイトと同様の層状の結晶構造である。白金などの助触媒を担持することで可視光による水素生成が可能である。そこで、今後は、2段階の焼成方法でg-C3N4を作製し、構造内に2種類の欠陥を作り出すことを試みる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は、光触媒の開発に重点をおいており、新規なg-C3N4の作製を試みて、焼成温度、焼成時間等の作製条件を検討した。さらに、添加する金属元素の影響を調べるため、亜鉛添加g-C3N4の作製を試みるなど、実験は順調に進展している。
Strategy for Future Research Activity	ナノサイズ形態制御を利用した新規な半導体光触媒を開発してきた。Graphitic-C3N4（g-C3N4）は、そのバンドギャップが約2.7 eV（460 nm）の半導体であり、化学的にも熱的にも比較的安定で、グラファイトと同様の層状の結晶構造である。白金などの助触媒を担持することで可視光による水素生成が可能である。そこで、今後、2段階の焼成方法でg-C3N4を作製し、構造内に2種類の欠陥を作り出し、高効率化を図る。