Development of a photoelectrochemical cell for artificial photosynthetic H2O and CO2 reduction to form syngas under sunlight

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K17948
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 高山 大鑑 東京工業大学, 理学院, 助教 (40760369)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 人工光合成 / CO2還元 / 合成ガス / 光電極 / 金属硫化物 / 表面修飾 / 有機導電性ポリマー

Outline of Annual Research Achievements

研究実施期間の最終年度である本年度では，昨年度に得られた成果を発展させるために「種々の金属硫化物光カソードに対する有機導電性ポリマーのネッキング効果」および本研究の最終目標である「疑似太陽光照射下における合成ガス生成に活性な人工光合成型光電極系の構築」に注力し，以下のような成果が得られた．
（１）Cu，Ag，GaおよびInからなる種々の金属硫化物光カソードがH2OおよびCO2の還元による合成ガス生成に活性であることを見いだした．さらに，それらの活性は，ポリピロールなどの有機導電性ポリマーでネッキングすることによって向上した．この成果によって，有機導電性ポリマーによるネッキングが高い汎用性を有する金属硫化物光カソードの高活性化手法であることが示された．
（２）H2OおよびCO2の還元による合成ガス生成に活性なAgおよびZnSで共修飾した金属硫化物光カソードと水の酸化に活性な酸化コバルト修飾バナジン酸ビスマス光アノードを組み合わせた光電気化学セルを作成した．この光電気化学セルは，両極間に外部バイアスを印加しない条件においても，疑似太陽光照射下における合成ガス生成に活性であった．さらに，水の酸化生成物である酸素が得られたことから，本反応において水が電子源として消費されていることがわかった．このように，常温・常圧の温和な条件において，太陽光エネルギーを利用してH2OおよびCO2から合成ガスを生成するポテンシャルを有する新規な人工光合成型光電極系を開発することに成功した．