2014 Fiscal Year Research-status Report
二酸化炭素光触媒還元電位・波長の制御と光燃料電池の援用および動的過程の分光追跡
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26410204
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
泉 康雄 千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50251666)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素 / 光燃料化 / 光燃料電池 / 層状複水酸化物 / X線吸収微細構造 / 赤外分光 / ソーラー発電 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水を燃料（媒質）とする、水の酸化用光電極およびO2の還元用光電極双方を備えた光燃料電池について、生成電流および出力を支配する因子の物理化学的解明を行い、特にO2の還元用光電極の表面活性サイトの特定と高密度化する研究を行った。光電極形成法の違いによる光触媒層の密度最適化は、実験継続中であるが、起電力や生成電流値の改良については、立案時の想定を凌ぐ成果を得つつある。
CO2光燃料化の光正極としては、表面プラズモン共鳴を示す金および銀ナノ粒子あるいは銅フタロシアニン色素を継続して研究している層状複水酸化物と組み合わせることで、促進効果が認められた。ここで仕事関数や電子準位の高低の違いにより、銀ナノ粒子は光で活性化された電子を層状複水酸化物に送り込むことで促進効果を示したのに対し、銅フタロシアニンは直接CO2の還元に作用した。光負極で水の酸化触媒と組み合わせる際には、プロトンからH2を生成しやすい水溶液を満たすセルではなく、CO2と化合してメタノールおよびCOを生成しやすい固体高分子型燃料電池タイプの、水蒸気を流通させるセルを用いる方針も実験的に得た。
その他、光正極の光燃料化速度の抜本的な改良がこの研究分野でのブレークスルーになっており、反応圧・光量・励起光波長分布の光燃料化速度への影響評価を進めており、さらに太陽光などの光照射時にCO2 + 4H2 = CH4 + 2H2Oのような発熱反応が進む際の反応熱の影響についても評価を進めている。
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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
研究計画は概ね順調に進んでいるが、CO2光燃料化および関連電池デバイスの研究の進展は非常に高ピッチであり、「研究実績の概要」の欄に記載したように、立案時には十分に想定していなかったパラメーターについても実験的検討を併せて行っているため、概ね順調という自己評価が妥当である。
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| Strategy for Future Research Activity |
光燃料電池については、光触媒の最適化も含めた各要素技術（光触媒の種類・層密度、基板の種類、媒質の種類、等）を最適化し、特に立案時の起電力を遥かに超えるセル構成、および廃棄物を燃料とする可能性についても併せて検討する。
CO2光燃料化については「研究実績の概要」に例示したパラメーターを最適化し、十分に高活性の条件を至急明らかにし終えるように研究を進め、光負極との組み合わせを実験的に実証できるようにする。
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[Presentation] 水を燃料とする光燃料電池2014
Author(s)
小倉 優太・吉羽 真緒・泉 康雄
Organizer
イノベーション・ジャパン2014大学見本市
Place of Presentation
東京ビックサイト
Year and Date
2014-09-11 – 2014-09-12
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