| 研究課題/領域番号 |
19K15670
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分36020:エネルギー関連化学
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| 研究機関 | 宮崎大学 (2021)
東京大学 (2019-2020) |
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研究代表者 |
東 智弘 宮崎大学, キャリアマネジメント推進機構, 助教 (80762088)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
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| キーワード | 光電極 / 水分解 / 光触媒 / エネルギー変換 / 光電気化学 / 電気分析化学 / 固液界面 / 表面修飾 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
太陽光エネルギーを輸送・貯蔵が可能な化学エネルギーへ変換する過程の一つに、半導体光電極を用いた光電気化学的水分解による水素生成がある。この水分解反応の効率をさらに向上させるためには、反応の舞台である光電極/水溶液からなる固液界面の設計が重要である。
本研究では、固液界面での水分子や共存電解質イオンの挙動を明らかにし、電子と正孔の移動過程を精査することで固液界面での特異な現象に関する知見と理解を深め、それを界面の設計戦略に反映させることで、水分解反応の高効率化を狙う。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、窒化タンタル（Ta3N5）をモデル光電極に用いた。Ta3N5薄膜の基板には、両面研磨の石英（SiO2)を用いた。石英基板上のTa3N5は、透明導電膜の接合無しに、自身の電気伝導性によって光電気化学水分解を駆動することを見出した。Ta3N5表面に修飾する助触媒の担持条件と、その光学特性や電気特性を精査し、光電気化学水分解の効率を光透過率の関数として記述することができた。また、半導体光電極/助触媒/水溶液からなる固液界面の構造とその水分解反応の反応速度の関係を定量的に評価した。得られた結果に基づき、光電極/水溶液の固液界面を設計することで、高効率で水の分解反応を駆動することができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
半導体光電極を利用した光電気化学水分解反応は、光と水のみから水素と酸素を生成できる。低環境負荷で持続可能な水素社会の実現に向けた有望な太陽光エネルギーの変換技術であると考えられる。この光電気化学水分解における反応の舞台は、光電極/助触媒/水溶液からなる固液界面である。この固液界面に関する理解を深化し、高い効率で水分解反応を実現することが求められる。本研究では、半導体光電極上に担持した助触媒が与える水分解反応の効率について精査した結果、光吸収と光透過率および助触媒の担持条件の最適化によって、高い効率で水を水素と酸素に分解することができた。
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