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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Research on technologies for recycling of carbon dioxide to fuels using a mid-infrared Ho laser

Research Project

Project/Area Number 26630498
Research InstitutionTohoku Institute of Technology

Principal Investigator

佐藤 篤  東北工業大学, 工学部, 准教授 (00322686)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 丸尾 容子  東北工業大学, 工学部, 教授 (50545845)
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywordsエネルギー生成 / レーザ / 光触媒 / 二酸化炭素 / 中赤外
Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、金ナノ粒子を修飾したTiO2(以下、Au/TiO2)触媒を利用しCO2からメタンなどのガス燃料を生成するためのCO2リサイクルシステムの構築と、それに波長2.05μm中赤外レーザを導入しCO2を振動励起することによる高効率メタン生成の実現可能性の検証を行った。平成26年度には中赤外レーザの開発及びAu/TiO2触媒の作製・評価法の確立を行い、平成27年度には開発した中赤外レーザを導入したCO2リサイクルシステムを構築した。しかしながら、CO2からのメタン生成は確認できたものの中赤外レーザ光のメタン生成への寄与は明確になっていなかった。これらの結果を踏まえ、最終年度は、中赤外レーザの平均パワーを約10倍に向上させると共に、これまで触媒表面に直接照射する形で導入していた中赤外レーザ光のCO2での吸収効率を高めるため、レーザ光が触媒表面上を複数回往復するように励起光学系を再構築した。また、用いたAu/TiO2触媒は堆積沈殿法でpH条件が6で合成したAu/TiO2の組成分析及びTEM観察を行なった結果、Au粒子のサイズは平均20 nm、含有量は重量比で1%、TEM画像の面積比で数%以内であり、TiO2表面はほとんどAuナノ粒子と接触していないことが明らかになった。ただしAu含有率が低いにもかかわらずメタン生成の触媒性能は3倍向上しており、レーザ照射の効果を検証するのに十分な生成量であると判断し、この条件で生成したAu/TiO2を石英ろ紙上に固定して評価に用いた。これらの結果、波長2.05μm中赤外レーザ光照射の有無によるメタン生成効率の違いが明確に確認でき、レーザ照射下ではレーザ照射のない場合に比べ、約1.7倍のメタン生成効率が得られることを実証した。今後、異なる照射条件あるいは触媒作製条件での実験を進め、さらに安定かつ高効率なメタン生成の実現に取り組む。

  • Research Products

    (7 results)

All 2017 2016

All Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Presentation] 中赤外レーザー光照射によるAu/TiO2触媒でのメタン生成効率の向上2017

    • Author(s)
      佐藤 篤, 阿部凌太, 近藤 翼, 丸尾容子
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜(神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2017-03-14 – 2017-03-17
  • [Presentation] Au/TiO2触媒を用いたCO2リサイクルシステムにおけるCO2マルチパス励起系の構築と評価2017

    • Author(s)
      阿部凌太, 佐藤 篤, 近藤 翼, 丸尾容子
    • Organizer
      平成29年東北地区若手研究者研究発表会
    • Place of Presentation
      東北学院大学多賀城キャンパス(宮城県多賀城市)
    • Year and Date
      2017-03-04 – 2017-03-04
  • [Presentation] CO2 photoreduction performance of Au/TiO2 catalyst with simultaneous mid-infrared laser irradiation2017

    • Author(s)
      T. Kondoh, Y. Y. Maruo, and A. Sato
    • Organizer
      2017 International Conference on Artificial Photosynthesis
    • Place of Presentation
      Suzaku Campus, Ritsumeikan University (Kyoto, Japan)
    • Year and Date
      2017-03-02 – 2017-03-05
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 中赤外レーザー光照射下におけるAu/TiO2触媒でのCO及びメタン生成2016

    • Author(s)
      佐藤 篤, 阿部凌太, 近藤 翼, 丸尾容子
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2016
    • Place of Presentation
      筑波大学東京キャンパス文京校舎(東京都文京区)
    • Year and Date
      2016-10-30 – 2016-11-02
  • [Presentation] CO2 photoreduction performance of Au/TiO2 catalyst with simultaneous mid-infrared laser irradiation2016

    • Author(s)
      T. Kondoh, Y. Y. Maruo, A. Sato
    • Organizer
      平成28年度化学系学協会東北大会
    • Place of Presentation
      岩手大学理工学部(岩手県盛岡市)
    • Year and Date
      2016-09-16 – 2016-09-17
  • [Presentation] Effect of TiO2 crystal structure on CO2 photoreduction using Au nanoparticles on TiO2 catalyst2016

    • Author(s)
      Y. Y. Maruo, M. Sasaki, S. Hino, and A. Sato
    • Organizer
      IEEE 16th International Conference on Nanotechnology
    • Place of Presentation
      Sendai International Center (Sendai, Japan)
    • Year and Date
      2016-08-22 – 2016-08-25
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 室温動作小型2μm帯固体レーザーの開発2016

    • Author(s)
      佐藤 篤, 那須祥彦, 丸尾容子
    • Organizer
      第17回レーザー学会技術専門委員会「レーザーのカオス・ノイズダイナミクスとその応用」研究会
    • Place of Presentation
      北山村立村民会館(和歌山県東牟婁郡)
    • Year and Date
      2016-05-14 – 2016-05-14

URL: 

Published: 2018-01-16  

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