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2021 年度 研究成果報告書

メタルフリー窒化炭素光触媒による水と窒素からの太陽光アンモニア合成

研究課題

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研究課題/領域番号 19H02516
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分27030:触媒プロセスおよび資源化学プロセス関連
研究機関大阪大学

研究代表者

白石 康浩  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (70343259)

研究分担者 平井 隆之  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (80208800)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード光触媒 / アンモニア / 半導体 / 空中窒素固定 / 水 / 太陽エネルギー変換
研究成果の概要

グラファイト状窒化炭素を基盤とする触媒設計により、可視光照射下、N2と水から高効率にNH3を合成するメタルフリー光触媒の開発に取り組んだ。三年間の研究により、(1)表面欠陥の導入による高活性N2還元サイトの構築、(2)ヘテロ元素の骨格内へのドープによる水の高効率酸化サイトの導入、の二つの機能集積を通して課題達成に取り組んだ。五酸化二リン(P2O5)をリン源とするH2流通下での焼成により、高濃度のリンおよび表面窒素欠陥を含有するメタルフリー光触媒を合成することが可能であることを見出し、本触媒が過去最高となる太陽エネルギー変換効率(0.16%)でNH3を合成できることを明らかにした。

自由記述の分野

光化学・光触媒化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発したNH3合成光触媒は、太陽光を利用して入手容易な原料から水素キャリアをダイレクトに製造する、工業体系を革新する新技術となるほか、新たな人工光合成技術となる可能性がある。それゆえ本研究で得られた成果は、新たなエネルギー製造技術の開発を先導する重要な研究と位置付けることができる。本研究で行った、CNへの窒素欠陥の導入、およびヘテロ元素のドープにより高効率NH3合成を実現した成果は、有機半導体光触媒の開発と高活性化に向けた新たな方法論を導くほか、メタルフリー光触媒による人工光合成研究を牽引する成果と考えられる。

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公開日: 2023-01-30  

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