Z-scheme type inorganic-organic photocatalyt for highly efficienct water splitting

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18F18352
• Research Institution: Kyushu University
• Host Researcher: 石原 達己 九州大学, 工学研究院, 教授 (80184555)
• Foreign Research Fellow: TAN HUI LING 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2018-11-09 – 2021-03-31
• Keywords: 光触媒 / BiVO4 / Ｚスキーム / 色素修飾

Outline of Annual Research Achievements

再生可能エネルギーは希薄で、変動することから、高効率で水素や有用な化合物への蓄エネルギーが必要となっている。本研究では太陽光からの高効率な水素製造または二酸化炭素の資源化を目的に、簡単な手法で物質変換可能な光触媒システムの開発を行う。このための可視光から紫外光までの広い範囲の波長の太陽光を励起源として水を完全分解可能な2重励起型の光触媒システム（Zスキーム）の開発を行う。具体的には、BiVO4への色素修飾やCaFe2O4などのp型半導体との接合体などの組み合わせを検討する。初年度は、１次励起源であるBiVO4を種々の条件での合成を検討し、水熱合成を用いることで、多孔状で、かつ比較的、結晶性の高い触媒の合成が行えることを見出した。とくにエチレングリコールを添加することで、モノクリニック相とテトラゴナル相を作り分けることに成功した。一方、合成時のpHでも結晶相の作り分けに有効であることが分かった。作成したBiVO4は通常の固相法で作製した触媒に比べると、高いH2の生成速度を示し、高表面積化が、光触媒活性の向上に有効であることを明らかにした。一方、得られたBiVO4による二酸化炭素の光転換反応を検討したところ、CO2の還元生成物であるCOが生成するとともに、CH4, C2H5OHが生成することを見出した。これらの化合物の生成はユニークであり、生成速度をさらに向上できると新しい反応系が開拓できるので、当初予定した通りに色素で修飾を行う予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ほぼ予定通りに試料の作成と評価を開始した。

Strategy for Future Research Activity

引き続きBiVO4系酸素発生系において、高活性化を検討する。このために、モルフォロジーの異なるBiVO4系触媒の合成を引き続き検討し、露出結晶面を電子顕微鏡などを用いて評価するとともに、光触媒活性の関係を検討する。一方で、従来の研究でグラフェンシートとの複合化が活性の向上に有効なことを見出しているので、各種の前処理を施したグラフェンシートとの複合化を検討し、最も大きな酸素の発生速度を達成できる組み合わせと前処理条件を明確にする。蛍光分光法と紫外-可視分光法を用いて、バンドギャップと励起効率について検討する。酸素発生にも助触媒が重要な役割を果たすので、IrO2などの代表的な酸素発生の助触媒効果を検討するとともに、新たにCoOOHやNi3Nなどの酸素発生の過電圧の低い触媒の担持効果を検討する。さらにZ型励起で組み合わせる水素発生側の触媒の高活性化を試みる。またCO2の光転換についても検討を行う。特にC2化合物の合成を検討する。