2015 Fiscal Year Research-status Report
硫化物系光触媒の高機能化による水の完全分解システムの開発
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26420789
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| Research Institution | Tokyo University of Science, Yamaguchi |
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Principal Investigator |
池上 啓太 山口東京理科大学, 工学部, 准教授 (60372786)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 水素製造 / 水分解 / 光触媒 / 硫化物 / Zスキーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度の検討で得られた知見からMn-Cd系複合硫化物に対してPtが助触媒として有効であることがわかったので、本年度はPt担持量の最適化を検討した。光析出法により各種担持量のPt担持Mn-Cd系複合硫化物を調製し、犠牲剤存在下の水素発生活性を調べたところ、担持量が1wt%の時、最大活性を示した。
また、昨年度では粒子接合系におけるZ-スキーム型光触媒反応系を検討したが、水の完全分解に至らなかったので、水素発生光触媒と酸素発生光触媒とを分離し、両触媒との間を酸化還元媒体を介して電子移動させる系で水分解反応を検討した。本年度は酸素発生光触媒として光安定性に優れるBiVO4を用い、Mn-Cd系複合硫化物/BiVO4光触媒系に最適な酸化還元媒体を調べたところ、ヨウ素系酸化還元媒体が有効であることがわかった。このヨウ素酸化還元媒体を用いて、水素発生光触媒および酸素発生光触媒の光触媒活性に及ぼす酸化還元媒体の濃度およびpH依存性について調べた。Pt担持Mn-Cd系複合硫化物光触媒上でのNaI存在下における反応では、pH=7の時は低活性であったが、pH=8以上ではpHが高くなるにしたがい水素発生速度が増加し、pH=11で最大値を示した。一方、Pt担持BiVO4においてもNaIO3存在下で同様の検討を行った結果、pH=11において最大活性を示した。
Pt担持Mn-Cd系複合硫化物とPt担持BiVO4を異なる重量比で混合してZスキーム型反応系を構築し、pH=11における水の分解反応を評価した。いずれの重量においても水素発生は見られたが、酸素発生は示さなかった。これは発生した水素と酸素との反応による逆反応の進行が支配的となり、酸素が消費されたことに起因する。逆反応の速度は、Mn-Cd系複合酸化物とBiVO4の混合比が1:2の場合において最も低くなり、そのため本混合比で水素発生速度が最も高くなったと示唆される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
水素発生光触媒と酸素発生触媒との接合系および酸化還元媒体を介した分離系の両方における検討を進めることができたが、水を2:1で水素と酸素に分解する反応は実現していない。この原因として、酸素発生光触媒の活性が水素発生光触媒に対して十分でないことが予想される。また、当該年度では、犠牲剤を導入した状態で反応した犠牲剤を再生する系を検討する予定であったが、そこまで到達することはできなかった。しかしながら、水素発生光触媒と酸素発生光触媒を分離した系において逆反応を追跡する実験を遂行することができ、これは次年度に検討する予定の項目であったため、この点に関しては前倒しで計画を進めることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
27年度に引き続き、酸素発生用光触媒との組み合わせによる水の分解反応を検討する。本系で水の完全分解を実現させるためには、酸素発生光触媒の再検討が必要である。現在、pn接合の概念基づいた新規光触媒系を開拓しているので、本系を適用した検討を進めるとともに無機系光触媒にとらわれず有機系光触媒の導入にも視野を広げて検討をしていく。さらに昨年度において検討に至らなかった事項である犠牲剤の再生系の構築に関しても早急に検討して、一部遅れが生じているところを解消していく。
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Research Products
(2 results)
