• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2017 Fiscal Year Research-status Report

Faster Photoconversion of Carbon Dioxide into Fuels Using Precisely Controlled Layers and the Monitoring of Dynamic Operation Steps by Microscopic Spectroscopy

Research Project

Project/Area Number 17K05961
Research InstitutionChiba University

Principal Investigator

泉 康雄  千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (50251666)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords低炭素化学 / 再生可能エネルギー / 触媒・化学プロセス / 太陽電池 / 二酸化炭素光燃料化
Outline of Annual Research Achievements

TiO2, Zn3Ga-CO3 LDH (layered double hydroxide), Zn1.5Cu1.5Ga-CO3 LDH, Zn3Ga-Cu(OH)4 LDH, Zn1.5Cu1.5Ga-Cu(OH)4 LDH, Zn3Ga-Pd(OH)4 LDH, BiOCl, g-C3N4, Ga2O3の1~20 μm薄膜をPyrex基板上およびITO膜上に作製した。膜の厚み、平滑さ、およびITO電極膜上においては電気抵抗を断面SEM, UV-visible分光, HR-TEM, インピーダンス測定により調べた。数μmの偏差以内の均質な膜ができたが、市販のDSSC用負極の抵抗値にはわずかに劣った。上記を基に、少量のバインダーを添加したWO3, BiVO4薄膜を作製し、その上にTiO2積層膜を作製した。

上記5種LDH薄膜について、CO2 + H2光燃料化試験を行った。薄膜を423 Kで真空処理し、そのまま0.1~0.8 MPaで高圧光燃料化試験を行えるようにしたところ、H2 0.28 MPa, CO2 0.12 MPaで生成物のメタノール生成速度は最大(2.8 μmol/g(cat)/h)となり、同位体標識13CO2から13CH3Oフラグメントが12CH3OHおよび12CH3Oフラグメントよりも支配的に形成することを示した。しかし、LDH中の炭酸イオンおよび層間水も反応することが分かり、CO2およびH2圧依存性は上記を極大とする複雑な火山型依存性を示した。この反応条件下での光誘起される電子移行過程を放射光XAFSにより追跡し、Cu(II)サイトがCu(I)として受けた電子がCO2由来種に移行することを強く示唆した。

また、ITO膜上のTiO2およびBiOClを~1 μm厚としインピーダンスを最適化し、さらに有機色素を加えることで光燃料電池単セル2.05 Vの開放電圧を得た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

p-n積層膜による電荷分離の実証には至っていないが、膜作製と厚み、平滑さ、インピーダンスの評価を体系的に進めている。膜の厚みや平滑さ、インピーダンス、さらには処理条件によるCO2光燃料化の最適化、または光燃料電池の高電圧化に至った点が進捗した点である。

半導体膜内の電荷移動と関連して、放射光XAFS測定による追跡やGCMSによる反応機構の探索も進んだことから、総合するとおおむね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度の成果を基に、多層半導体膜および金属ナノ粒子のドット積層へと研究を進める。多層パターンの作製とその光触媒および光電極作用の評価と並行して、μmレベルの放射光X線による分析やGCMSを用いた反応経路の検証を体系的に行う。

  • Research Products

    (31 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 2 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 7 results) Remarks (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Technical University Gh. Asachi of Iasi(Romania)

    • Country Name
      Romania
    • Counterpart Institution
      Technical University Gh. Asachi of Iasi
  • [Journal Article] Optimized photoreduction of CO2 exclusively into methanol utilizing liberated reaction space in layered double hydroxides comprising zinc, copper, and gallium2018

    • Author(s)
      Lukas Anton Wein, Hongwei Zhang, Kazuki Urushidate, Masaya Miyano, Yasuo Izumi
    • Journal Title

      Applied Surface Science

      Volume: 447C Pages: 687~696

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2018.04.046

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Efficient volcano-type dependence of photocatalytic CO2 conversion into methane using hydrogen at reaction pressures up to 0.80 MPa2017

    • Author(s)
      Kawamura Shogo、Zhang Hongwei、Tamba Masayuki、Kojima Takashi、Miyano Masaya、Yoshida Yusuke、Yoshiba Mao、Izumi Yasuo
    • Journal Title

      Journal of Catalysis

      Volume: 345 Pages: 39~52

    • DOI

      10.1016/j.jcat.2016.10.024

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Is water more reactive than H2 in photocatalytic CO2 conversion into fuels using semiconductor catalysts under high reaction pressures?2017

    • Author(s)
      Zhang Hongwei、Kawamura Shogo、Tamba Masayuki、Kojima Takashi、Yoshiba Mao、Izumi Yasuo
    • Journal Title

      Journal of Catalysis

      Volume: 352 Pages: 452~465

    • DOI

      10.1016/j.jcat.2017.06.016

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Selective Photoconversion of Carbon Dioxide into Methanol Using Layered Double Hydroxides at 0.40 MPa2017

    • Author(s)
      Miyano Masaya、Zhang Hongwei、Yoshiba Mao、Izumi Yasuo
    • Journal Title

      Energy Technology

      Volume: 5 Pages: 892~900

    • DOI

      10.1002/ente.201600578

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Inside Cover: Selective Photoconversion of Carbon Dioxide into Methanol Using Layered Double Hydroxides at 0.40 MPa (Energy Technol. 6/2017)2017

    • Author(s)
      Miyano Masaya、Zhang Hongwei、Yoshiba Mao、Izumi Yasuo
    • Journal Title

      Energy Technology

      Volume: 5 Pages: 770~770

    • DOI

      10.1002/ente.201700288

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A solar cell for maximizing voltage up to the level difference of two photocatalysts: optimization and clarification of the electron pathway2017

    • Author(s)
      Mao Yoshiba, Yuta Ogura, Masayuki Tamba, Takashi Kojima, Yasuo Izumi
    • Journal Title

      RSC Advances

      Volume: 7 Pages: 19996~20006

    • DOI

      10.1039/C7RA02600E

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Behavior of Oxygen During Photocatalytic CO2 Conversion into Fuels Using Pd/TiO22017

    • Author(s)
      Hongwei Zhang and Yasuo Izumi
    • Journal Title

      Photon Factory Activity Report 2016

      Volume: 34 Pages: 2014G631

  • [Journal Article] EXAFS Characterization of an Interface Model Nanocatalyst: Binary metal (Ti, Cu) Oxyhydroxy-Organic Framework2017

    • Author(s)
      Yusuke Yoshida and Yasuo Izumi
    • Journal Title

      Photon Factory Activity Report 2016

      Volume: 34 Pages: 2015G586

  • [Journal Article] Demonstration of In Situ High-Pressure Photocatalytic Cell for XAFS Measurements2017

    • Author(s)
      Masaya Miyano, Hongwei Zhang, and Yasuo Izumi
    • Journal Title

      Photon Factory Activity Report 2016

      Volume: 34 Pages: 2016G577

  • [Presentation] 両極の光触媒層の改良による太陽電池の高開放電圧・高出力化2018

    • Author(s)
      漆舘 和樹・松澤 繁光・Jifu Li・小島 隆・泉 康雄
    • Organizer
      日本化学会第98春季年会講演予稿集II
  • [Presentation] 亜鉛、銅、ガリウムを含む層状複水酸化物の層間反応場解放によるメタノールのみへのCO2光還元の最適化2018

    • Author(s)
      Lukas Anton Wein・張 宏偉・宮野 雅也・泉 康雄
    • Organizer
      日本化学会第98春季年会講演予稿集II
  • [Presentation] Why is water more reactive than H2 in photocatalytic CO2 conversion into fuels at reaction pressure up to 0.80 MPa?2017

    • Author(s)
      Hongwei Zhang, Shogo Kawamura, Masaya Miyano, Mao Yoshiba, Yasuo Izumi
    • Organizer
      253rd ACS National Meeting & Exposition
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Photocatalytic challenge of carbon dioxide conversion into fuels supported by spectroscopy2017

    • Author(s)
      Hongwei Zhang, Masaya Miyano, Shogo Kawamura, Magda C. Puscasu, Gabriela Carja, and Yasuo Izumi
    • Organizer
      2nd International Workshop Advances on Photocatalysis (AdvPhotoCat-E 2017)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Solar Cell for Maximizing Voltage up to the Band Gap: Optimization and Clarification of Electron Pathway2017

    • Author(s)
      Mao Yoshiba, Yuta Ogura, Masayuki Tamba, Takashi Kojima, and Yasuo Izumi
    • Organizer
      15th International Conference on Advanced Materials (IUMRS-ICAM 2017)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Introduction to the principle of XAFS and EXAFS and their applications to characterization of catalysts2017

    • Author(s)
      Yasuo Izumi
    • Organizer
      Research Methods for Advanced Environmental Catalysis, Wuhan University, China
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Activation of CO22017

    • Author(s)
      Yasuo Izumi
    • Organizer
      Research Methods for Advanced Environmental Catalysis, Wuhan University, China
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A solar cell for use of acidic water enabling open-circuit voltage of 2 V2017

    • Author(s)
      Yasuo Izumi
    • Organizer
      Open Lecture at Key Laboratory of Material Chemistry for Energy Conversion and Storage, Huazhong University of Science and Technology, China
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 二酸化炭素の光燃料化と光燃料電池の研究2017

    • Author(s)
      泉 康雄
    • Organizer
      千葉大学図書館、1210あかりんアワー
    • Invited
  • [Presentation] チタン-銅-有機ハイブリッド細孔性結晶の発明と一酸化炭素選択酸化への応用2017

    • Author(s)
      泉 康雄・吉田祐介
    • Organizer
      科学技術振興機構・千葉大学新技術説明会
    • Invited
  • [Presentation] 0.80 MPaまでのCO2光燃料化で水が水素より高反応性なのはなぜか?2017

    • Author(s)
      張 宏偉・宮野雅也・吉羽真緒・泉 康雄
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会講演予稿集II
  • [Presentation] 0.40 MPaでの層状複水酸化物を使った二酸化炭素からメタノールへの選択光還元2017

    • Author(s)
      宮野雅也・張 宏偉・吉羽真緒・泉 康雄
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会講演予稿集II
  • [Presentation] 両極に光触媒を用いる太陽電池で3 Vの高電圧を生ずる電子移行過程の最適化2017

    • Author(s)
      吉羽真緒・丹波雅之・小島 隆・泉 康雄
    • Organizer
      日本化学会第97春季年会講演予稿集II
  • [Presentation] 両極を光触媒とする太陽電池における正極オキシ塩化ビスマスの均一性・安定性の改良2017

    • Author(s)
      漆舘和樹・吉羽真緒・小島 隆・泉 康雄
    • Organizer
      第120回触媒討論会A予稿集
  • [Presentation] CO2光燃料化各反応条件に対応した活性サイト構造の放射光XAFS追跡2017

    • Author(s)
      張 宏偉・泉 康雄
    • Organizer
      第120回触媒討論会A予稿集
  • [Presentation] ナノ構造ジルコニア担持金触媒の金の化学状態及びZrO2の表面酸点がα,β-不飽和アルデヒド-アルコール反応の選択性に与える影響2017

    • Author(s)
      中原 憬・泉 康雄・吉武英昭
    • Organizer
      第120回触媒討論会A予稿集
  • [Presentation] 多孔性粒子を用いた多孔性チタニア薄層の作製2017

    • Author(s)
      五島 穣、小島 隆、吉羽真緒、泉 康雄、上川直文
    • Organizer
      日本セラミックス協会 第30回秋季シンポジウム
  • [Remarks] 泉 康雄と表面化学グループの研究論文

    • URL

      http://cat.chem.chiba-u.jp/Pages/Papers.html

  • [Remarks] 泉 康雄と表面化学グループの著書・総説

    • URL

      http://cat.chem.chiba-u.jp/Pages/Reviews.html

  • [Remarks] 泉 康雄と表面化学グループの研究紹介

    • URL

      http://cat.chem.chiba-u.jp/Pages/Topics.html

  • [Patent(Industrial Property Rights)] 燃料電池2017

    • Inventor(s)
      泉 康雄、小倉優太、藤嶋幸子
    • Industrial Property Rights Holder
      泉 康雄、小倉優太、藤嶋幸子
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      6213958

URL: 

Published: 2018-12-17  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi