2018 Fiscal Year Annual Research Report
金属硫化物を用いたZスキーム型光触媒による水からの水素製造および二酸化炭素資源化
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18J22528
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
吉野 隼矢 東京理科大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 光触媒 / 水分解 / 二酸化炭素還元 / Zスキーム系 / 可視光 / フラックス合成 / 固溶化 / 長波長応答化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属硫化物光触媒を水および二酸化炭素還元用光触媒に用いて，還元型酸化グラフェン固体電子伝達剤およびCoOx/BiVO4酸素生成光触媒と組み合わせたZスキーム型光触媒を用いることで，可視光照射下における水分解および二酸化炭素還元が進行する．当該年度では，本Zスキーム系の性能向上を目指して，（１）バンドエンジニアリングにより長波長応答化した金属硫化物の適用，（２）フラックス法により合成した金属硫化物の適用を行った．
（１）：(CuGaS2)-(ZnS)または(CuGaS2)-(AgGaS2)にIn2S3を固溶することで吸収波長がレッドシフトする．このように長波長応答化した金属硫化物を上記のZスキーム系に適用した．その結果，約600 nmまでの波長を吸収できる金属硫化物を用いてZスキーム型水分解および二酸化炭素還元が進行した．
（２）：(CuGaS2)-(ZnS)金属硫化物固溶体を，従来の固相法の代わりに，フラックス法で合成した．塩化物アルカリ塩をフラックス剤に用いることで，目的の硫化物の合成に成功した．得られた金属硫化物の水素生成能を確認するため硫黄系還元剤を用いたテスト反応を行った．その結果，フラックス法で合成した金属硫化物は，固相法により合成したものよりも高い水素生成活性を示した．そこで，本金属硫化物をZスキーム系に適用したところ，フラックス法により合成したサンプルを用いることでZスキーム型水分解および二酸化炭素還元活性が向上することを見いだした．このように，フラックス法による金属硫化物合成・適用が本Zスキーム系の性能向上に有用であることがわかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究計画書にあったように，長波長の光に応答するいくつかの金属硫化物光触媒を本Zスキーム系に適用することに成功した．また，フラックス法による金属硫化物合成という手法を用いることで，従来の反応系の性能の向上にも成功した．以上のように，当初の計画に沿って進行しているため，おおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
長波長の光を利用し，高効率に駆動する金属硫化物の開発はいまだ重要な課題である．そこで，長波長応答化およびフラックス合成による金属硫化物の開発を継続し，本Zスキーム系のさらなる高性能化を目指す．
光触媒能を向上させるうえで，水および二酸化炭素還元に有効な活性点を金属硫化物上に導入することも重要な課題である．そこで研究計画に記したように，水および二酸化炭素還元に有効な助触媒や分子選択性を有する反応場の導入を試みる．
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