2016 Fiscal Year Annual Research Report
Control of Potential and Wavelength, Assist by Photofuel Cell, and Spectroscopic Monitoring of Dynamic Process of Photoreduciton of Carbon Dioxide
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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, 大学院理学研究科, 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 / 水素 / 酸素欠陥 / EXAFS / FTIR / 太陽電池 / 起電力 / 開放電圧 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水を媒質とする、両極に光触媒を用いる太陽電池（光燃料電池）は、単セルで光触媒のバンドギャップ相当の起電力が得られる。この理論起電力からの過電圧を詳細に調べた。光触媒側から光照射すると表面反応数で有利だが、反応点から電極までの電荷拡散過電圧（0.23-0.41 V）が見積もられた。この点で、光電極への背面照射が高起電力を得るのに有利だった。一方、負極からの励起電子が正極の電子トラップサイト（酸素欠陥や金属ナノ粒子）に直接移行してしまうリーク電流が、特に正極を正面照射としたときに認められた。BiOCl等のp型半導体光触媒を正極用に選び、正極を背面照射とすることで、正極の価電子帯に残るホールがバンドの曲がりにより電極近くに移動し、負極から移行した励起電子と有効に結合し、リーク電流を抑制した。以上より、開放電圧1.91 V、セル出力55.8 μW（セル面積は1.3 cm**2）を実現した。
0.1-0.8 MPaでの高圧CO2光燃料化では、Pd/TiO2が最も高活性だが、CO2+H2で反応させた場合には、CO2圧0.12 MPa, H2圧0.28 MPaで活性は極大（主生成物はメタン）となるのに対し、CO2+moistureで反応させた場合には、0.8 MPaに至るまでラングミュア型の速度依存性を示し、メタン生成の反応次数は0.39だった。前者ではPd上のCO2吸着をHが阻害するのに対し、後者では光照射下で酸素欠陥サイトがTiO2に生じていることがTi K EXAFSおよびFTIRにより示された。水が酸化チタン表面でホール酸化される際に酸素欠陥が生じたと考えられた。すなわち、水の酸化サイト（TiO2）とCO2の還元サイト（Pd）とが有効に分離されたため、Pd/TiO2および半導体ベースの光触媒一般でCO2+moistureでの反応速度がCO2+H2での反応速度より速くなったといえる。
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[Patent(Industrial Property Rights)] 燃料電池2014
Inventor(s)
泉 康雄、小倉優太
Industrial Property Rights Holder
泉 康雄、小倉優太
Industrial Property Rights Type
特許特開2016-103454
Patent Publication Number
特開2016-103454
Filing Date
2014-11-30
Acquisition Date
2016-06-02
