2020 Fiscal Year Research-status Report
Mechanistic studies of hydrogen production over biomolecules decorated CdS nanoparticles
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20K05678
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
有馬 ボシールアハンマド 山形大学, 大学院理工学研究科, 准教授 (30596549)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 太陽エネルギー変換 / 水素製造 / 光触媒 / ナノコンポジット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では有機分子（バイオ分子等）によるCdSの光腐食防止の機構解明及び高効率な水素製造システムの開発を目的としている。これまでの研究ではCdSの合成の際、エチレングリコールを反応溶液として用いた場合、水素製造性能を高めるうえで有効性があることが分かった。超純水で合成したサンプルと比べてエチレングリコールで合成したCdSの水素製造効率は約3.2倍であった。水素製造増大の主な要因として「CdS粒体の微小化と比表面積の拡大化による光触媒反応サイトの増加」によって水素製造性能が向上したと考えられる。しかし、エチレングリコールで合成したCdSは、超純水で合成したものよりも結晶化度が低い事が分かった。結晶化度の向上の為にCdSの合成の際、CdとSの原料を今までの1:3の代わりに1:1~1:5まで変更し、試料合成と水素発製造評価した。その結果、Cd:S=1:1の時、結晶性が最も大きい事が分かった。また、水素製造実験した結果、通常Cd:S=1:3よりもCd:S=1:1は水素製造効率が約2.3倍であった。これにより、水素発生量へのの試料合成の際、CdSの原料の比率の影響がある事が分かった。また、バイオ分子添加ありと添加なしのCdSの耐久性について比較したところ、ヒスチジン添加したCdSのほうが耐久性が高いというが確認された。この結果からバイオ分子による耐久性の向上は有効性があることがわかった。次は、異なる化学構造のバイオ分子（ヒスチジン、リシン、フェニルアラニン、トリプトファン等）を用いてCdSナノコンポジットの合成と水素発生量の比較を行た。その結果、フェニルアラニンを使用した時水素発生量は最も高い事が分かった。この結果から、水素発生量へのバイオ分子の化学構造の影響を確認できた。これについて現在詳しく調べているところである。これまで得られた結果を用いて国内学会発表3件と査読付き学術論文3件、査読なし論文3件を発表した。
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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
これまでの研究ではバイオ分子添加したCdSの合成と水素製造評価を行った。CdS合成の際、原料であるCdとSの比率やPt担持量やバイオ分子の添加量などの最適化について調べた。最適状態で水素発生量は通常より約10倍に増加に成功した。また、合成した材料の耐久性について調べたところ、バイオ分子の添加によりCdSの耐久性（光腐食の防止）が向上したことが分かった。しかし、水素の産業生産に応用するには今の耐久性は十分ではないと判断し、さらなる研究が必要と思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究ではバイオ分子の一つであるヒスチジンを用いてCdSの合成と水素製造評価を行ったが、水素発生量への異なる化学構造のバイオ分子の影響も調べる必要がある。今後の研究では、異なるバイオ分子及び芳香環を持つその他の有機分子を用いてCdSナノコンポジットを合成する。合成したナノコンポジットの水素製造量及び耐久性について調べる。合成温度や加熱時間を変化し、最適化する。最後に、ナノコンポジット中の有機分子の化学構造をFT-IR等を用いて調べる。また、有機分子とCdSとの相互作用と機構解明について調べるために電気化学測定及び蛍光分光法を利用する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染の影響で研究活動が落ち込み、物品などの購入が遅れたので今年度の予算の一部が余った。また、国内外の学会等に参加や研究発表予定だったが、新型コロナウイルス感染で中止となり、旅費が余った。
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Research Products
(13 results)
