窒素固定およびアンモニア分解に活性を示す人工光合成型光触媒および光電極の開発

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01217
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: エネルギー関連化学
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 工藤 昭彦 東京理科大学, 理学部第一部応用化学科, 教授 (60221222)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 光触媒 / 金属酸化物 / 金属硫化物 / アンモニア / 窒素 / グリーン水素 / 人工光合成

研究成果の概要

窒素還元やアンモニア分解に活性を示す半導体光電極や粉末光触媒を開発することを目的とした。 ZnS光触媒にRu助触媒を担持することで，アンモニア水溶液の分解反応が進行することを見いだした。また，独自に開発した水分解または水素生成光触媒を用いてアンモニア水溶液の分解反応を検討した結果，NaTaO3:Ru,Laなどの金属酸化物光触媒やCu2ZnGeS4などの金属硫化物光触媒が，可視光照射下で活性を示すことを見いだした。一方で，NaTaO3:Sr,Ba光触媒を用いた水を電子源とした窒素分子の還元反応では微量のアンモニアが検出されたが，これが光触媒反応によるものなのか，まだ確証は得られていない。

自由記述の分野

光触媒

研究成果の学術的意義や社会的意義

資源・エネルギー・環境問題の解決のための科学技術として，光触媒を使った人工光合成が注目されている。ここで，アンモニアを水素キャリアとして用いる場合に，アンモニアを分解して水素を回収するプロセスの開発が必要となる。一方，窒素分子の還元反応は非常に高難度である。さらに，近年注目を集めているグリーンアンモニア合成では，常温常圧付近で水を電子源（水素源）とした窒素分子の還元反応を行うことが必須である。このように，光エネルギー変換や安定小分子の活性化という観点から，人工光合成反応としてのアンモニア分解や窒素還元は，学術的・社会的（産業的）に重要な課題である。