研究課題
基盤研究(C)
1.研究の目的1)光触媒反応工学の開拓:反応工学的に考察し、実験により立証する。2)薄膜型米触媒の開発:太陽光効率*3%以上で水素を生産する光触媒を完成させる。2.研究結果1)「光触媒反応工学の構築」硫黄を電子源とする光触媒水還元水素生産反応速度は(1)式で表された。r=k_<0*>I_0exp(-38/(RT))・C・A,(1)r:水素生成速度[mol-H_2h^<-1>]、C:反応物硫化ナトリウム濃度[M]、R:気体定数(0.008314.kJK^<-1>mol^<-1>)、T:反応温度[K]、A:光触媒の入射光と直交する面積(投影面積)I_0:光強度[w m^<-2>]k_0は光強度[w m^<-2>]が小さいときはほぼ一定であるが、光強度が大きいときは光強度増大に伴い小さくなる(近似的に光強度の平方根の逆数に比例する)。当実験では太陽光強度1000[w m^<-2>]以上ではk_0は光強度増大に伴い小さくなった。ただし、触媒粒子径を小さくする等で、粒子表面反応速度を相対的に粒子内部での電子・正孔再結合速度に対して大きくすれば比例領域がより高い光強度まで延長されうる。2)「反応サイト分離型光触媒反応器開発」光触媒中の電子と正孔の輸送機構、電子と正孔の再結合、表面逆反応等の光触媒の特徴を把握することで、光利用効率(量子収率)を数倍向上させる膜型光触媒反応器を開発した。
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J.Chem.Eng.Japan (in press)