半導体光合成セルを用いた炭酸ガスの光還元による高エネルギ-物質の合成

1989 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01603521
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 伊藤 要 名古屋工業大学, 工学部, 教授 (50024196)
• 研究分担者: 池田 章一郎 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (90024364) ; 前田 益伸 名古屋工業大学, 工学部, 助教授 (40016580)
• キーワード: 半導体光合成セル / 半導体光カソ-ド / 炭酸ガスの電気化学還元 / 炭酸ガスの光電気化学還元 / 銅電極 / p型Gap電極 / 金電極 / p型Inp電極

研究概要

半導体光合成セルは昨年報告したように3型式に分類できるが、CO_2の還元反応はその金属カソ-ドまたはp型半導体光カソ-ドで行われる。本年度は昨年度に引続き、Cu電極について更に詳細に検討し、また、裸のp-Gapについても詳細に検討して、次のような結果を得た。(1)Cu,電極によるCO_2の還元生成が電極電位によって大きく変動することについては昨年報告した。本年度はこれらの生成物に対する陽イオンの影響を調べるためにLi^+、Na^+、K^+、Cs^+の炭酸水素塩の水溶液を電解液として検討した。その結果、CO_2の還元に対する陽イオンの影響はかなり大きく、ギ酸、一酸化炭素、エチレン生成のファラデ-効率はK^+、Cs^+を含むときに一般に高くなり、それぞれ34%(ピ-ク電位-1.2V vs.Ag/Ag(Cl)、40%(-1.3V)、39〜41%(-1.42〜-1.39V)に達した。また、メタンはNa^+のとき50%(-1.55V)、エタノ-ルはCs^+のとき17%(-1.5V)となった。すなわち、電解質の種類と電極電位の規定により、CO_2からの還元生成物の選択性をかなり高めうることが明らかになった。(2)金属を被覆したM-p-Gap光カソ-ドにりよるCO_2の光電気化学還元については既に報告いたが、裸のp-Gapの挙動について今年度は更に詳細に検討した。その結果、この場合の還元生成物のギ酸、一酸化炭素、水素であり、ギ酸生成のファラデ-効率はピ-ク電位-0.8Vで75%にも達した。水素生成はこれとは逆にこの電位の貴側と昇側で多くなった。しかし、一酸化炭素の生成はほとんど電位の影響をうけなかった。生成物への光強度の影響が一見あるような結果も得られたが、これは光強度の大小による光電流の大きさに依存するものと解釈された。現在、触媒として働く金属の被覆方法については検討中であり、また、より優れた半導体としてp-SiC、p-CuInSe_2の検討を準備中である。

研究成果

• [文献書誌] H.Noba,S.Ikeda,Y.Oda,K.Ito: "Potential Dependencies of the Products on Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide at a Copper Electrode." Chem.Lett.1989. 289-292 (1989)
• [文献書誌] S.Ikeda,Y.Saito,M.Yoshida,H.Noda,M.Maeda,K.Ito: "Photoelectrochemical Reduction Products of Carbon Dioxide at Metal Coated p-Gap Photocathodes in Non Aqueous Electrolytes." J.Electroanal,Chem.260. 335-345 (1989)
• [文献書誌] H.Noda,S.Ikeda,Y.Saito,T.Nakamura,M.Maeda,K.Ito: "Photoelectrochemical Reduction of Carbon Dioxide at Metal-Coated p-Inp Photocathodes." Denki Kagaku. 57. 1117-1120 (1989)
• [文献書誌] H.Noda,S.Ikeda,Y.Oda,K.Imai,M.Maeda,K.Ito: "Electrochemical Reduction Products of Carbon Dioxide at Various Metal Electrides in Aqueous Inorganic Electrolytes." Bull.Chem.Soc.Jpn.