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2020 年度 実績報告書

高効率太陽光水分解用粉末光触媒反応系の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19F19336
研究機関信州大学

研究代表者

堂免 一成  信州大学, 先鋭領域融合研究群先鋭材料研究所, 特別特任教授 (10155624)

研究分担者 XIAO QI  信州大学, 先鋭領域融合研究群先鋭材料研究所, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2019-11-08 – 2022-03-31
キーワード粉末光触媒 / 酸硫化物 / 硫化 / 水素生成 / 可視光 / 助触媒
研究実績の概要

粉末光触媒を用いて水を水素と酸素に分解する反応は最も基本的なエネルギー変換反応の1つである。本研究では、高効率な太陽光水分解反応の実現に向け、酸硫化物半導体微粒子からなる水素生成用光触媒の改良に取り組んだ。令和元年度は小径のLa5Ti2Cu0.9Ag0.1O7S5(LTCA)光触媒粉末を硫化水素気流下での加熱(硫化法)で合成できることを見出した。本年度は、硫化法で合成したLTCAの後処理による物性の改善と、助触媒担持法の改良を通じた水素生成活性向上について検討を行った。
硫黄雰囲気中での加熱処理により、硫化法で合成したLTCAの水素生成活性が7倍近く向上した。その結果、固相法で合成した既存のLTCA関連化合物を上回る水素生成速度が達成された。硫化法による小径化、および後処理による表面の非晶質層の除去が光触媒活性の向上に効果的であったと考えられる。
従来の固相法で合成したLTCA光触媒に対して含浸・水素還元法を用いて助触媒を担持し、水素生成活性の向上を図った。水素還元温度と助触媒担持量を最適化した結果、含浸・水素還元法を用いることで従来の光電着法を用いた場合よりも10倍以上高い水素生成速度を達成した。水素生成反応に対する見かけの量子効率は従来のLTCA系材料に比べて6倍以上高くなり、酸硫化物光触媒による水素生成反応の中でも最も高い値となった。XPS分析により、担持された助触媒の化学状態が活性に影響していることがわかった。
本研究により、LTCA光触媒の水素生成活性を効果的に向上させる技術が開発された。今後、開発されたLTCAを光触媒シートに応用することで、高効率なZスキーム型水分解反応が実現可能になると期待される。
本研究は外国人特別研究員の就職のため、年度途中で期間短縮し終了した。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

  • 研究成果

    (2件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Synthesis of Y2Ti2O5S2 by thermal sulfidation for photocatalytic water oxidation and reduction under visible light irradiation2021

    • 著者名/発表者名
      Pan Zhenhua、Yoshida Hiroaki、Lin Lihua、Xiao Qi、Nakabayashi Mamiko、Shibata Naoya、Takata Tsuyoshi、Hisatomi Takashi、Domen Kazunari
    • 雑誌名

      Research on Chemical Intermediates

      巻: 47 ページ: 225~234

    • DOI

      10.1007/s11164-020-04329-y

    • 査読あり
  • [学会発表] Thermal sulfidation preparation of Ga-La5Ti2Cu0.9Ag0.1O7S5 with improved hydrogen evolution activity by post-treatment and co-catalyst loading2020

    • 著者名/発表者名
      Xiao Qi、Zhenhua Pan、久富隆史、高田剛、堂免一成
    • 学会等名
      第39回光がかかわる触媒化学シンポジウム

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公開日: 2021-12-27  

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