革新的複合技術による耐光腐食性光触媒の開発と可視光下での高効率水分解への応用
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20J20032
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 36020:Energy-related chemistry
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
長川 遥輝 東京理科大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | 光触媒 / 光改質 / 水素製造 / バイオマス利用 / 太陽光利用 / 人工光合成 / 光エネルギー変換 / 水分解 |
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| Outline of Research at the Start |
光触媒を用いた水分解は太陽光のエネルギーによって水素が生成されるためエネルギー問題の解決策として注目されている。高効率な反応を実現するためには、太陽光エネルギー分布の大部分を占める可視光の利用が必須である。しかし可視光応答性光触媒の多くは、光励起によって自身を酸化してしまう(光腐食)欠点を持っている。本研究では革新的複合技術の応用によって、光腐食を抑制できる新規触媒設計方法の確立を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、熱へのエネルギー変換を必要としない廃棄物処理技術として光改質反応の活用を検討した。光改質反応には我々が開発し，新たに構造を明らかにしたCdOx/CdS/SiC複合光触媒を使用した。この光触媒を用いることで本年度の目標であったリグノセルロース系バイオマスやタンパク質、プラスチックなどの有機性廃棄物の分解を伴った水素生成を達成した。光改質反応は反応中間体として考えられている低分子有機物や、実際の有機性廃棄物を添加して擬似太陽光を照射した場合にも進行した。従来の光改質反応では単体の光触媒を用いた反応系のみが提案されていたが、本研究では新たに電子移動が効果的に作用する複合光触媒を用いることで高活性化を達成した。さらに、複合体に含まれるSiCの熱放射特性によって有機性廃棄物の加水分解が促進され、水素生成速度の向上を導いた。最も高い活性を示したPt-CdOx/CdS/SiCを用いてα-セルロースの光改質反応を行うと、380 nmの光照射において反応のAQYが19.6%、420 nmの光照射では2.0%の値が得られた。これは従来報告されていたセルロースの光改質よりも高い活性である。
さらに，CdおよびPtフリーの光触媒を光改質反応に応用するため，Znを中心金属とするMOFの一種であるZIF-8を前駆体として用いてCIZS光触媒を作製した。ZnSにドープするCuおよびInはあらかじめZIF-8に導入することで、ZnSに対して導入できた。本手法で作製したCIZSはZIF-8前駆体を用いないソルボサーマル法で作製したCIZSに比べてセルロースの光改質はおいて8.9倍程度の水素生成速度を示した。擬似太陽光下でのα-セルロース分解による水素生成速度は、CdOx/CdS/SiCよりも高い数値を示した。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(15 results)
