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2020 年度 実績報告書

金属硫化物を用いたZスキーム型光触媒による水からの水素製造および二酸化炭素資源化

研究課題

研究課題/領域番号 18J22528
研究機関東京理科大学

研究代表者

吉野 隼矢  東京理科大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
キーワード光触媒 / 水分解 / 二酸化炭素還元 / Zスキーム系 / 金属硫化物 / 可視光 / フラックス合成 / 固溶化
研究実績の概要

(CuGaS2)-(ZnS)をフラックス法により調製し,数百nm-数μmの範囲で,ある程度サイズを制御したサンプルを得た.数百nmの金属硫化物微粒子は,RGO-CoOx/BiVO4を酸素生成光触媒に用いたZスキーム型光触媒系のみならず,ドロップキャスト法により作成する金属硫化物光カソードを用いた光電気化学系の高性能化にも有効であることを見いだした.フラックス法で合成した本金属硫化物微粒子を用いて光電気化学的二酸化炭素還元を行ったところ,水素と一酸化炭素の混合ガスがカソードセルから得られた.そして,本光カソードは,従来のCuGaS2を元とする金属硫化物光カソードよりも安定に駆動することがわかった.
SrTiO3:RhおよびBiVO4を懸濁させて可視光二酸化炭素還元も行なった.その結果,水分解の水素と酸素の生成に加えて二酸化炭素還元生成物である一酸化炭素が得られた.そして,AuおよびAgをSrTiO3:Rhへ担持すると一酸化炭素生成活性が向上した.本Zスキーム型二酸化炭素還元に対するpH依存性を確認したところ,pH4付近においてZスキーム型二酸化炭素還元が進行し,中性および強酸性条件ではほとんど反応が進行しなかった.反応後の粒子懸濁状態を光学顕微鏡で観察すると,pH4付近ではSrTiO3:RhとBiVO4が凝集していたのに対し,中性および強酸性では凝集がみられなかった.そのため,粒子の凝集がZスキーム型二酸化炭素還元の進行に重要であることがわかった.また,SrTiO3:Rhを光カソードに用いた光電気化学的可視光二酸化炭素還元も進行した.さらにSrをCaで置換した光カソードを用いることで,CO生成選択率が向上することがわかった.

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Z-Schematic CO2 Reduction to CO through Interparticle Electron Transfer between SrTiO3:Rh of a Reducing Photocatalyst and BiVO4 of a Water Oxidation Photocatalyst under Visible Light2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshino Shunya、Sato Ko、Yamaguchi Yuichi、Iwase Akihide、Kudo Akihiko
    • 雑誌名

      ACS Applied Energy Materials

      巻: 3 ページ: 10001~10007

    • DOI

      10.1021/acsaem.0c01684

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 粉末半導体光触媒および光電極系による水を電子源としたCO2還元2020

    • 著者名/発表者名
      吉野隼矢、工藤昭彦
    • 雑誌名

      エネルギー・資源

      巻: 41 ページ: 43~48

  • [学会発表] 金属硫化物還元用光触媒およびBiVO4酸素生成光触媒を用いた水を電子源とする可視光二酸化炭素還元2020

    • 著者名/発表者名
      吉野隼矢、山口友一、岩瀬顕秀、工藤昭彦
    • 学会等名
      第39回光がかかわる触媒化学シンポジウム
  • [学会発表] SrTiO3:Rh光触媒をフォトカソードに用いた光電気化学的可視光二酸化炭素還元2020

    • 著者名/発表者名
      吉野隼矢、山口友一、工藤昭彦
    • 学会等名
      第126回触媒討論会

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公開日: 2021-12-27  

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